270 工程科学学报，第43卷，第2期 纹出现在边缘.由以上分析可以得到各加载角度 在边缘，然后向心部扩展.结合图9和图10的信 下的断裂路径，即a=20°和a=30°的试样裂纹萌生 息可以看出本文设计的负应力三轴度下的试样的 在心部，然后向边缘扩展；a=45的试样裂纹萌生 初始裂纹的产生及扩展全过程 D D 0.003 0.09 2.50 0.002 0.07 0.001 0.05 86 1.88 0.001 0.02 0.28 0.63 0 L0 0 -0.02mm d=0.13mm 114 mm d-2.12mm =20 D 0.002 0.002 0.001 0.001 0 -0.02 mm =132mm d-2.78mm =309 0.002 0.002 0.00 0.001 0 d=0.02mm =0.16mm =1.60mm d=4.10mm =45° 图11不同加载角度时试样损伤因子D随加载位移d的演化图 Fig.11 Evolution of a damage factor D with loading displacement d for different loading angles 除了损伤场分布外，应变场的分布也是有限 效塑性应变也最小.加载角度为45时的试样出现 元模拟结果的重要信息.可以使用试样断裂位置 裂纹时？最大，加载位移和等效塑性应变也最大 处对应单元的等效朔性应变模拟结果预测断裂应 而加载角度为30°时介于两者中间.由此可以得到 变.表3是初始裂纹萌生时的=20°、30°、45°对应 在应力三轴度小于-1/3的范围内，随着应力三轴 的TIP8O0板料试样的位移、初始断裂应变和应 度的减小，断裂点的断裂应变越小.这与Xue21进 力三轴度？对应关系情况 行平面应力比例加载实验得到的断裂路径在相应 的负应力三轴度区间的趋势是一致的：LOU等) 表3不同加载角度试样的初始断裂应变和应力三轴度关系 在新的韧性断裂准则基础上构建的AA2024-T351 Table 3 Initial fracture strain and stress triaxiality at the fracture onset of specimens under different loading angles 断裂轨迹也出现类似的规律；在最近的研究中， Loading angle,a/)Displacement Fracture strain Stress triaxiality,y Kubi水等在LOU]的断裂准则基础上对铝合金 汤 -0.485 新型试样进行实验得到的等效塑性应变与应力三 2.1 0.60 30 2.7 0.75 -0.424 轴度的关系也证明了这一趋势 45 4.1 1.06 -0.419 5结论 从表3的信息可以看出三个实验中，加载角度 (1)本文设计了一种新型的实验装置，能够诱 为20时的试样出现裂纹时1最小，加载位移和等 发金属薄板在负应力三轴度应力状态下实现压剪纹出现在边缘. 由以上分析可以得到各加载角度 下的断裂路径，即 α=20°和 α=30°的试样裂纹萌生 在心部，然后向边缘扩展；α=45°的试样裂纹萌生 在边缘，然后向心部扩展. 结合图 9 和图 10 的信 息可以看出本文设计的负应力三轴度下的试样的 初始裂纹的产生及扩展全过程. D D D D D 0.003 0.002 0.001 0.001 0 0.002 0.002 0.001 0.001 0 0.08 0.06 0.04 0.02 0 1.12 0.84 0.56 0.28 0 2.50 1.88 1.25 0.63 0 0.09 0.07 0.05 0.02 0 d=0.02 mm d=0.02 mm d=0.13 mm d=1.32 mm d=2.78 mm 0.002 0.002 0.001 0.001 0 0.08 0.06 0.04 0.02 0 1.12 0.84 0.56 0.28 0 2.50 1.88 1.25 0.63 0 d=0.02 mm d=0.16 mm d=1.60 mm d=4.10 mm d=0.13 mm a=20° a=30° a=45° 1.12 0.84 0.56 0.28 0 d=1.14 mm D 2.50 1.88 1.25 0.63 0 d=2.12 mm D D D D D D 图 11    不同加载角度时试样损伤因子 D 随加载位移 d 的演化图 Fig.11    Evolution of a damage factor D with loading displacement d for different loading angles 除了损伤场分布外，应变场的分布也是有限 元模拟结果的重要信息. 可以使用试样断裂位置 处对应单元的等效塑性应变模拟结果预测断裂应 变. 表 3 是初始裂纹萌生时的 α=20°、30°、45°对应 的 TRIP800 板料试样的位移、初始断裂应变和应 力三轴度 η 对应关系情况. 表 3 不同加载角度试样的初始断裂应变和应力三轴度关系 Table 3   Initial fracture strain and stress triaxiality at the fracture onset of specimens under different loading angles Loading angle, α/(°) Displacement Fracture strain Stress triaxiality, η 20 2.1 0.60 −0.485 30 2.7 0.75 −0.424 45 4.1 1.06 −0.419 从表 3 的信息可以看出三个实验中，加载角度 为 20°时的试样出现裂纹时 η 最小，加载位移和等 效塑性应变也最小. 加载角度为 45°时的试样出现 裂纹时 η 最大，加载位移和等效塑性应变也最大. 而加载角度为 30°时介于两者中间. 由此可以得到 在应力三轴度小于−1/3 的范围内，随着应力三轴 度的减小，断裂点的断裂应变越小. 这与 Xue[28] 进 行平面应力比例加载实验得到的断裂路径在相应 的负应力三轴度区间的趋势是一致的；LOU 等[13] 在新的韧性断裂准则基础上构建的 AA2024-T351 断裂轨迹也出现类似的规律；在最近的研究中， Kubík 等[14] 在 LOU[13] 的断裂准则基础上对铝合金 新型试样进行实验得到的等效塑性应变与应力三 轴度的关系也证明了这一趋势. 5    结论 （1）本文设计了一种新型的实验装置，能够诱 发金属薄板在负应力三轴度应力状态下实现压剪 · 270 · 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期