45号钢承载能力的原位三点弯曲试验研究

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2019.06.020

东北大学学报:自然科学版 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (6): 869-874.DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2019.06.020

45号钢承载能力的原位三点弯曲试验研究

李聪¹，赵宏伟¹，孙琳琳¹，于秀娟²

(1. 吉林大学机械与航空航天学院，吉林长春130025; 2. 安徽工业大学机械学院，安徽马鞍山243032)

收稿日期:2018-12-25 修回日期:2018-12-25 出版日期:2019-06-15 发布日期:2019-06-14
通讯作者: 李聪
作者简介:李聪(1983-)，男，吉林长春人，吉林大学博士研究生；赵宏伟(1976-)，男，吉林长春人，吉林大学教授，博士生导师.
基金资助:
国家自然科学基金优秀青年基金资助项目(51422503)；吉林省科技发展计划重大项目(20150203014GX)；吉林省产业创新专项基金资助项目(2016C030)；吉林省中青年科技创新人才与团队项目(20170519001JH).

Research on Load Capabilities of 45^# Steel via In-situ Three-Point Bending Tests

LI Cong¹， ZHAO Hong-wei¹， SUN Lin-lin¹， YU Xiu-juan²

1. School of Mechanical and Aerospace Engineering， Jilin University， Changchun 130025， China; 2. School of Mechanical Engineering， Anhui University of Technology， Ma’anshan 243032， China.

Received:2018-12-25 Revised:2018-12-25 Online:2019-06-15 Published:2019-06-14
Contact: ZHAO Hong-wei
About author:-
Supported by:
-

摘要/Abstract

摘要： 利用自行研制的原位三点弯曲测试装置，研究了45号钢V型缺口试件在不同支撑跨距下和弯曲压头与试件中心线偏移量下的承载能力.首先，从理论上分析了三点弯曲的载荷-挠度曲线与偏移量、跨距的关系.然后，通过仿真模拟的von Mises应力最小塑性区半径估算了裂纹的萌生方向.最后，通过12组V型缺口试件的原位三点弯曲试验，获得并分析了不同跨距和偏移量下的三点弯曲载荷-挠度曲线，以及实时采集了弯曲载荷作用下裂纹的扩展情况.通过原位观测的方式建立了宏观力学性能与微观力学性能的联系.从材料损伤机理的角度分析了材料在不同的三点弯曲试验参数下承载能力的差异.

关键词: 三点弯曲, 偏移量, 跨距, 裂纹, 原位观测

Abstract: The load capabilities of 45^# steel V-notched specimens under the spans of the supporters and the offsets between the punch and the mid-span of the specimens are studied by the self-made in-situ three-point bending device. Firstly， the relationship of load-delection curves and offsets and spans are analyzed theoretically. Secondly， the simulated minimum plastic zone radius of von Mises stress is applied to estimate the initiation direction of the crack. Then the experimental three-point bending loading-deflection curves under various offsets and spans are achieved and analyzed by in-situ TPB tests with 12 groups of V-notched specimens. Finally， according to the differences among the load-deflection curves， combining the in-situ images of specimen micro-structures， the initiation and propagation of the cracks due to bending loads are analyzed in real time. The relationship between macro-mechanical properties and micro-mechanical properties are established by in-situ observation. The difference of the load capabilities of materials under different three-point bending test parameters is analyzed from the perspective of damage mechanism.

Key words: three-point bending, offset, span, crack, in-situ observation

中图分类号:

O341

李聪，赵宏伟，孙琳琳，于秀娟. 45号钢承载能力的原位三点弯曲试验研究[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(6): 869-874.

LI Cong， ZHAO Hong-wei， SUN Lin-lin， YU Xiu-juan. Research on Load Capabilities of 45^# Steel via In-situ Three-Point Bending Tests[J]. Journal of Northeastern University Natural Science, 2019, 40(6): 869-874.

参考文献

[1]Sunnegardh-Gronberg K，Peutzfeldt A，van Dijken J W V.Flexural strength and modulus of a novel ceramic restorative cement intended for posterior restorations as determined by a three-point bending test［J］.Acta Odontologica Scandinavica，2003，61(2):87-92.
[2]Wang N Z，Chen X，Li A.Three-point bending performance of a new aluminum foam composite structure［J］.Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2016，26(2):359-368.
[3]Xu S L，Reinhardt H W.Determination of double-K criterion for crack propagation in quasi-brittle fracture.Part II:Analytical evaluating and practical measuring methods for three-point bending notched beams［J］.International Journal of Fracture，1999，98(2):151-177.
[4]Caminero M A，Rodriguez G P，Munoz V.Effect of stacking sequence on Charpy impact and flexural damage behavior of composite laminates［J］.Composite Structures，2016，136(1):345-357.
[5]Swetha C，Sato N，Folke T.Fracture toughness and failure mechanism of graphene based epoxy composites［J］.Composites Science and Technology，2014，97(16):90-99.
[6]Hou P L，Zhao H W，Ma Z C.Influence of punch radius on elastic modulus of three-point bending tests［J］.Advances in Mechanical Engineering，2016，8(5):1-8.
[7]Liu C，Du D D，Li H G.Interlaminar failure behavior of GLARE laminates under short-beam three point bending load［J］.Composites Part B:Engineering， 2016，97(15):361-367.
[8]Zuo J P，Wang X S，Mao D Q.SEM in-situ study on the effect of offset-notch on basalt cracking behavior under three-point bending load［J］.Engineering Fracture Mechanics，2014，131(1):504-513.
[9]Xeidakis G S，Samaras I S，Zacharopoulos D A.Trajectories of unstably growing cracks in mixed mode I-II loading of marble beams［J］.Rock Mechanics and Rock Engineering，1997，30(1):19-33.
[10]李一凡，董世明，黎坤运.三点弯曲型试件Ⅰ/Ⅱ复合型断裂的数值与实验研究［J］.实验力学，2018，33(4):557-566.(Li Yi-fan，Dong Shi-ming，Li Kun-yun.Numerical simulation and experimental study of three-point bending specimen’sⅠ/Ⅱmixed mode fracture［J］.Experimental Mechanics，2018，33(4):557-566.)
[11]夏雨，黄山，聂宏涛.基于塑性损伤模型的三点弯曲梁裂缝扩展规律研究［J］.广西大学学报(自然科学版)，2017，42(3):1170-1178.(Xia Yu，Huang Shan，Nie Hong-tao.Research of dynamic crack propagation of three-point bending beam based on damage model［J］.Journal of Guangxi University(Natural Science Edition)，2017，42(3):1170-1178.)
[12]朱万成，唐春安，杨天鸿.偏三点弯曲岩石试件中裂纹扩展过程的数值模拟［J］.东北大学学报(自然科学版)，2002，23(6):592-595.(Zhu Wan-cheng，Tang Chun-an，Yang Tian-hong.Numerical simulation of crack growth process in rock speciments with partial three-point bending［J］.Journal of Northeastern University(Natural Science)，2002，23(6):592-595.)
[13]Khan S，Khraisheh M K.A new criterion for mixed mode fracture initiation based on the crack tip plastic core region［J］.International Journal of Plasticity， 2004，20(1):55-84.
[14]Hou P L，Fan Z Q，Zhang L，et al.An in situ three-point bending study on pre-notch 7075 aluminium alloy with acoustic emission［J］.Materials Transactions，2015，56(12):1977-1983.
[15]盖尔 J M，古德诺 B J.材料力学［M］.北京:机械工业出版社，2011.(Gere J M，Goodno B J.Strength of materials［M］.Beijing:China Machine Press，2011.)
[16]Meyers M A，Chawla K K.Mechanical behavior of materials［M］.Cambridge:Cambridge University Press，2009.
[17]樊兆馥.机械设备安装工程手册［M］.北京:冶金工业出版社，2004.(Fan Zhao-fu.Mechanical equipment installation engineering handbook［M］.Beijing:Metallurgical Industry Press，2004.)

45号钢承载能力的原位三点弯曲试验研究

Research on Load Capabilities of 45^# Steel via In-situ Three-Point Bending Tests

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	朱煜，宋巍，梁静静，李金国. Al元素对一种增材制造镍基高温合金显微组织和拉伸行为的影响[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2023, 44(3): 348-356.
[2]	孙浩，朱东风，金爱兵，陈帅军. 非线性卸荷速率下的硬岩破坏特性与裂纹演化规律[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(7): 1010-1018.
[3]	周逸夫，李鹤. 转向节疲劳寿命评价及其局部裂纹尺寸的概率分布[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(6): 864-871.
[4]	孙浩，陈帅军，金爱兵，朱东风. 含裂隙类岩石试样单轴抗压强度特征及裂纹演化规律[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(3): 404-413.
[5]	彭志雄，曾亚武. 基于裂纹扩展作用下的岩石损伤力学模型[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(12): 1784-1791.
[6]	丛韬，陈刚，吴斯，赵飒. 动车组车轮辋裂损伤容限和剩余寿命评估[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(12): 1740-1747.
[7]	李天祥，李海军，王昭东，王国栋. 热芯大压下轧制厚板坯缩孔及表面开裂的数值模拟[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2021, 42(7): 913-919.
[8]	张凤鹏，闫广亮，郝琪琪，高继开. 单向压应力对砂岩漏斗爆破过程的影响[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2021, 42(2): 220-225.
[9]	魏恋欢，刘善军，杨天鸿，赵晔. 联合LiDAR DEM与时序SAR数据的露天矿特大型滑坡监测[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2021, 42(12): 1753-1760.
[10]	方淑君，王涛，聂念从，张凌瑞. 基于ABAQUS标准扩展有限元法的不良裂缝构型影响分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2020, 41(11): 1646-1653.
[11]	贾蓬，张瑶，刘冬桥，张亚兵. 真三轴条件下单裂隙砂岩破坏过程的颗粒流模拟[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(11): 1654-1659.
[12]	赵永，杨天鸿，于庆磊，张鹏海. 基于离散元方法的预制裂纹扩展过程分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(7): 1038-1043.
[13]	刘杨，石拓，姚红良，闻邦椿. 转子系统常开裂纹故障信息提取方法的研究[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(3): 367-372.
[14]	齐祥羽，董营，胡军，杜林秀. 高强韧低碳中锰钢的弯曲疲劳性能[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(12): 1712-1716.
[15]	任俊刚，谢里阳，王磊，张占昌. 铝合金搅拌摩擦裂纹修复区的显微组织及力学性能[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(1): 112-117.

45号钢承载能力的原位三点弯曲试验研究

Research on Load Capabilities of 45# Steel via In-situ Three-Point Bending Tests

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

Research on Load Capabilities of 45^# Steel via In-situ Three-Point Bending Tests