金属材料缺口试样拉伸性能的有限元分析

I金属材料缺口试样拉伸性能的有限元分析摘要：本文对两种材料、有无缺口的薄板试样进行拉伸性能的有限元分析，通过有限元模拟得到试样变形图、试样应力云图和三向应力表。对不同的试样进行宏观力学的研究，可以得出，当试样尺寸和外加载荷一定时，脆性材料比韧性材料变形、正应力和应变更大，材料所能承受的力更小，更容易断裂。当外加载荷和材料一定时，缺口材料比光滑材料更容易断裂，缺口前端的变形、正应力和应变更大。当试样尺寸和材料一定时，缺口前端的变形、正应力和应变随着外加载荷的增加而增加，直到断裂。材料断裂时先经过弹性变形，然后屈服变形，当超过材料抗拉强度时发生断裂。关键字：纯铜T1，球墨铸铁QT900-2，缺口，有限元，拉伸FiniteelementanalysisoftensilepropertiesofnotchedspecimensofmetallicmaterialsAbstract:Thispapermakesafiniteelementanalysisoftwokindsofmaterials,sheetspecimenwhichhasgapsornot.Themacroscopicmechanicsresearchfordifferentsamplesstressisconductedbyfiniteelementsimulationtoobtainsampledeformationpattern,samplestressnephogramandthreedirectionsstresstables.Itcanbeconcludedthatwhenthesamplesizeandloadsisconfirmed,brittlematerialsdeformation,normalstressandstrainislargerthanductilematerial,andthematerialcanwithstandlittle,easiertorupture.Whenloadsandmaterialareconformed,gapmaterialsareeasierthansmoothmaterialinfracturing,andgapfront-enddeformation,normalstressandstrainislarger.Whenthesamplesizeandmaterialisconformed,thefront-gapofdeformation,normalstressandstrainincreasewiththeincreaseofloadsanditevenbreaks.Whenthematerialfracturesfirstlyafterelasticdeformationfractures,thentheyielddeformationgoeson.Whenthematerialstrengthisexceeded,morematerialfractures.Keywords:purecopperT1,nodularcastironQT900-2,gap,finiteelement,stretching太原工业学院毕业设计II目录1绪论.11.1研究的目的和意义.11.2国内外研究进展.21.3本文主要研究内容及手段.32有限元计算.42.1计算目的及意义.42.2有限元模拟试样.42.2.1实验材料.42.2.2材料化学成分及力学性能.42.2.3材料的强化处理及实体图形.52.3有限元模拟几何尺寸及几何形状.62.3.1光滑材料的几何形状及尺寸.62.3.2缺口材料几何形状及尺寸.62.4计算模型及方法.73结果与讨论.143.1材料变形前后对比.143.1.1光滑韧性材料纯铜T1拉伸性能的有限元分析.143.1.2光滑脆性材料球墨铸铁QT900-2拉伸性能的有限元分析.153.1.3缺口韧性材料纯铜T1拉伸性能的有限元分析.163.1.4缺口脆性材料球墨铸铁QT900-2拉伸的有限元分析.183.2材料变形应力云图.193.2.1光滑韧性材料纯铜T1拉伸性能的有限元分析.203.2.2光滑脆性材料球墨铸铁QT900-2拉伸性能的有限元分析.213.2.3缺口韧性材料纯铜T1拉伸性能的有限元分析.233.2.3缺口脆性材料球墨铸铁QT900-2拉伸性能的有限元分析.243.3三向应力表.263.3.1光滑韧性材料纯铜T1拉伸性能的有限元分析.263.3.2光滑脆性材料（球墨铸铁QT900-2）的有限元分析.27太原工业学院毕业设计III3.3.3缺口韧性材料纯铜T1拉伸性能的有限元分析.283.3.4缺口韧性材料球墨铸铁QT900-2拉伸性能的有限元分析.294全文总结.314.1主要的工作.314.2主要的结论.314.3展望.31参考文献.32致谢.34太原工业学院毕业设计11绪论1.1研究的目的和意义现今社会随着科技的发展,高性能金属材料随处可见，已经是工业应用中最基础的材料，用量最大,更是设备制造和工业设施的基础。由于缺口对材料性能有重要影响，所以为了保证材料一定的力学性能及以后的发展，对研究材料变形、损伤和发生断裂破坏的规律都有重要意义。缺口材料分为脆性材料和韧性材料。一般以拉伸试样的断面伸长率为划分标准，大于5%为韧性材料，小于5%为脆性材料。金属缺口是一种常见现象，实际上缺口的形成在材料的制造、加工过程中已经形成，这些微裂纹的聚合与长大造成了宏观缺口的形成与发展。缺口破坏了金属的组织，使材料强度减低。由于缺口的存在，改变了金属的应力分布状况，使裂纹直接在缺口或缺口附近产生1。同时缺口会造成应力应变集中，改变缺口前方的应力状况，使应力由原来的单向拉伸变为两向或三向拉伸，造成缺口强化现象2。断裂是材料在拉应力的作用下，由于原子间结合键遭到破坏，严格的沿一定的结晶面劈开造成的。金属材料的断裂形式有疲劳断裂，蠕变断裂，应力腐蚀，疲劳腐蚀断裂等。断裂类型有脆性断裂，韧性断裂。断口分析是金属材料断裂失效分析的重要方法，记录了断裂产生原因，扩散的途径，扩散过程及影响裂纹扩散的各内外因素。所以通过断口分析可以找出断裂的原因及其影响因素，为改进构件设计、提高材料性能、改善制作工艺提供依据。金属拉伸在整个试验过程中的变形可以分为四个部分：塑性变形，屈服变形，均匀塑性变形，缩颈产生3。本论文主要通过ANSYS软件来模拟金属拉伸的过程，ANSYS软件一种是融力学、结构、热、流体、电磁、声学多物理场于一体的大型通用有限元分析软件，由世界上著名的有限元分析软件公司美国ANSYS公司开发5。对于材料而言，主要用途是保证其制成的构件在一定的条件和期限内不发生失效。因此对于研究金属缺口材料拉伸性能的研究不仅让我了解了金属材料在单向拉伸及其载荷下的力学性能，熟悉了金属材料的断裂类型及断裂机制，理解了缺口效应，学会了使用ANSYS软件，为今后在工作中材料设计和选择打下了良好基础。最重要的是为中国现今材料的发展有重要的实际意义。太原工业学院毕业设计21.2国内外研究进展目前在国内研究金属材料拉伸性能的方法主要有实验法和计算法，ANSYS有限元模拟分析法近年来才出现。在1981年，长行安，胡元凯，朱广福等人通过实验法研究了金属缺口拉伸持久试样应力集中系数。主要研究“应力集中系数”K,表示了不同的材料对同样的缺口或同样材料对不同缺口,其应力集中敏感程度是不同的。材料对缺口应力集中敏感度的差异,将影响材料的使用和发挥其最大的效能。所以在零件设计中,只有材料光滑试样的强度、塑性指标是不够的,还需有带缺口的试样在应力集中状态下的强度和塑性的指标6。为以后零件设计做出很大贡献。随后赵康，鄢君辉，郑修麟通过实验法研究了球墨铸铁拉伸缺口强度。主要阐述了机械零件中常存在沟槽、台阶、定位孔等，这种几何不连续性将造成应力集中。这样就会引起应力集中，改变缺口根部的应力状态，引起强度和延性的降低。通过脆性灰铸铁的缺口强度的研究结果，为以后球墨铸铁的强度设计提出了设计准则，同时对低延性材料的缺口强度设计提出理论指导7。在2007年，杨莉华，孙东明等应用有限元软件对直杆拉伸变形进行了研究分析。杨莉华，孙东明借助于ANSYS有限元分析软件,将拉杆的变形特征以图形的形式反映出来,清晰地表达出材料应力与应变之间的数字对应关系。而实验法数据处理较繁琐,试验机也只能绘制出曲线的基本形状,无法准确描绘各个点应力应变具体的数字对应关系。通过对两种方法结果的比较验证了用软件分析的可行性,该方法是对常规教学方式的改进,丰富了这部分的教学内容，更加完善了材料力学的分析手段8。国外对金属材料拉伸研究更加成熟，早在上世纪便投入大量的人力研究金属的拉伸性能。与国内相比较而言,近15年来国外则是CAE商品化的发展阶段,有限元研方法究拉伸问题已经趋于成熟，使许多企业对于金属材料缺口拉伸性能有全面的了解,并攻克了许多这方面的问题,使这方面的问题趋于成熟。Zhen和A.B.Kang通过缺口拉伸实验，用透射电子显微镜和扫描电子显微镜观察研究了在不同条件下合金的变形及断裂行为。结果表明由于缺口存在造成应力集中，通过颗粒与界面应力导致合金的断裂与破坏9。M.Bourgeois和X。Feaugas发现了钛铝材料中缺口形成发生在夹杂物和他们的附近，通过金属缺口拉伸实验和有限元分析验证了孔洞的生长模型，为以后缺口的研究太原工业学院毕业设计3提供有力依据10。后来如A.P.Amosov和A.F.Fedotov等都应用ANSYS对金属拉伸性能进行了有限元模拟研究。1.3本文主要研究内容及手段1）进行韧性及脆性材料光滑试样拉伸性能有限元模拟。主要通过ANSYS软件建模分析光滑韧性及脆性材料拉伸性能，模拟其变形过程。2）进行韧性及脆性材料缺口试样拉伸性能有限元模拟。通过ANSYS软件建模分析缺口韧性及脆性材料拉伸性能，模拟其变形过程。3）分析金属拉伸试样断裂过程。通过有限元后处理器来观看他的变形断裂过程。4）根据模拟结果，分析缺口效应。在有限元后处理器中观看结果图分析缺口效应。太原工业学院毕业设计42有限元计算2.1计算目的及意义有限元是将一个物理实体模型离散成一组有限的相互连接的单元组合体，该方法在考虑物体内部存在缺陷时间，单元边界与几何界面一致，会造成局部网格加密，其余区域稀疏的非均匀网格分布，在网格单元中最小的尺寸会增加计算成本，再者裂纹的扩展路径必须预先给定，只能沿着单元边界发展，因此有限元计算有很好的精度和可靠性,用ANSYS有限元软件模拟计算不仅能节约材料，同时也能保证结果的精度。本论文用有限元软件进行拉伸模拟，对材料拉伸变形的过程进行了深入分析。2.2有限元模拟试样2.2.1实验材料本研究实验材料为一种纯铜T1和球墨铸铁QT900-2。纯铜T1是含碳量小于0.02%的铁合金，又称熟铁。有良好的导电，导热，耐腐蚀和加工性能，可以焊接和纤焊。含降低导电，导热性的杂质较少，微量的氧对导电，导热和加工等性能影响不大，但易引起“氢病”，不宜在高温（如370）还原性气氛中加工（退火.焊接等）和使用，是一种韧性材料。球墨铸铁QT900-2球墨铸铁是20世纪五十年一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料，它是一种脆性材料。2.2.2材料化学成分及力学性能（1）纯铜T1的化学成分如表2.1所示，力学性能如表2.2所示。表2.1纯铜T1的化学成分材料Cu+AgFeSAsSbNiZnBi杂质总和纯铜T199.950.0050.0050.0020.0020.0030.0050.0020.05太原工业学院毕业设计5表2.2纯铜T1的力学性能杨氏模量/MPa泊松比抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率1191370.37268.743317810%（2）球墨铸铁QT900-2的化学成分如表2.3所示，力学性能如表2.4所示。表2.3球墨铸铁QT900-2化学成分材料CSiMnPSCuMoMg纯铜T13.52.80.500.0280.0250.50.150.05表2.4球墨铸铁QT900-2的力学性能杨氏模量/MPa泊松比抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率1400000.39006002%2.2.3材料的强化处理及实体图形T1：可以通过冷作硬化的方式强化材料，经500-700摄氏度再结晶软化退火，保温后迅速水冷。纯铜T1实物如图2.1。QT900-2：首先材料退火处理，加热到500摄氏度保温处理，可以消除铸造应力，得到高塑形铁素体，改善加工性。然后低温正火加热至840摄氏度保温，得到珠光体+铁素体。最后调制处理加热到900摄氏度，保温后油冷，在600摄氏度回火5小时，获得回火索氏体和球状石墨组织。球墨铸铁QT900-2实物如图2.2。图2.1纯铜T1的实物太原工业学院毕业设计6图2.2球墨铸铁QT900-2的实物2.3有限元模拟几何尺寸及几何形状本实验拉伸试样是一种薄板材料，材料特性分别为脆性光滑、脆性缺口、韧性光滑和韧性缺口。2.3.1光滑材料的几何形状及尺寸光滑材料的几何形状如图2.3所示。各尺寸为a=2mmb=20mmR=22mmLa=35.73mmLc=75.73mmL1=20.5mmB=30mmh1=14.735mmh=50mm图2.3光滑材料的几何形状2.3.2缺口材料的几何形状及尺寸缺口材料的几何形状如图2.4所示。各尺寸为a=2mmb=20mmR=22mmLa=35.73mmLc=75.73mmL1=20.5mmB=30mmh1=14.735mmh=50mme=2mmf=1mm太原工业学院毕业设计7图2.4缺口材料几何形状2.4计算模型及方法用ANSYS有限元软件计算试样缺口前的应力-应变、缺口处的三向应力和变形前后对比等。建模用命令流建立模型，有利于修改，命令流如下：/PREP7ET,1,PLANE183K,1,75.73/2,10,K,2,75.73/2+1,10.1,K,3,75.73/2+14.735,15,K,4,50+75.73/2+14.735,15,LSTR,3,4LARC,3,1,2FLST,3,2,4,ORDE,2FITEM,3,1FITEM,3,-2LSYMM,X,P51X,0,0FLST,3,4,4,ORDE,2FITEM,3,1FITEM,3,-4LSYMM,Y,P51X,0,0LSTR,6,12太原工业学院毕业设计8LSTR,13,10LSTR,7,1LSTR,4,9FLST,2,12,4FITEM,2,3FITEM,2,11FITEM,2,10FITEM,2,4FITEM,2,2FITEM,2,8FITEM,2,6FITEM,2,1FITEM,2,7FITEM,2,5FITEM,2,9FITEM,2,12AL,P51XFLST,5,2,4,ORDE,2FITEM,5,10FITEM,5,-11CM,_Y,LINELSEL,P51XCM,_Y1,LINECMSEL,_Y!*LESIZE,_Y1,2,1!*FLST,5,4,4,ORDE,4FITEM,5,2FITEM,5,4太原工业学院毕业设计9FITEM,5,6FITEM,5,8CM,_Y,LINELSEL,P51XCM,_Y1,LINECMSEL,_Y!*LESIZE,_Y1,3,1!*FLST,5,4,4,ORDE,4FITEM,5,1FITEM,5,3FITEM,5,5FITEM,5,7CM,_Y,LINELSEL,P51XCM,_Y1,LINECMSEL,_Y!*LESIZE,_Y1,4,1!*FLST,5,2,4,ORDE,2FITEM,5,9FITEM,5,12CM,_Y,LINELSEL,P51XCM,_Y1,LINECMSEL,_Y!*LESIZE,_Y1,3,1太原工业学院毕业设计10!*MSHAPE,0,2DMSHKEY,0!*CM,_Y,AREAASEL,1CM,_Y1,AREACHKMSH,AREACMSEL,S,_Y!*AMESH,_Y1!*CMDELE,_YCMDELE,_Y1CMDELE,_Y2!*K,100,K,101,5,LSTR,100,101GPLOTVDRAG,1,13FLST,2,37,4,ORDE,2FITEM,2,1FITEM,2,-37LDELE,P51X,1GPLOTFINISH/SOLFLST,2,1,5,ORDE,1FITEM,2,3太原工业学院毕业设计11!*/GODA,P51X,ALL,FLST,2,4,3,ORDE,4FITEM,2,4FITEM,2,9FITEM,2,21FITEM,2,-22!*/GOFK,P51X,FX,200FINISH/PREP7!*!*MPTEMP,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,10000MPDATA,PRXY,1,0.3FINISH/SOL!/STATUS,SOLUSOLVE/PREP7!*ETDEL,1!*ETDEL,1!*太原工业学院毕业设计12FINISH/SOL!/STATUS,SOLUSOLVEFITEM,5,11CM,_Y,LINELSEL,P51XCM,_Y1,LINECMSEL,_Y!*LESIZE,_Y1,2,1!*FLST,5,1,4,ORDE,1FITEM,5,18CM,_Y,LINELSEL,P51XCM,_Y1,LINECMSEL,_Y!*LESIZE,_Y1,1,1!*MSHAPE,0,2D模型如图2.5所示。网格划分为缺口处密集，两边稀疏，有利于得到精确的结果。如图2.6和图2.7分别为没缺口和有缺口的网格分布情况。加载方式用位移加载，逐次加大位移量，分别加载位移量为0.04mm、0.05mm、0.1mm、4mm。太原工业学院毕业设计13图2.5光滑试样三维模型图2.6光滑试样网格划分图2.6缺口试样网格划分太原工业学院毕业设计143结果与讨论3.1材料变形前后对比用有限元分别分析光滑韧性材料纯铜T1、光滑脆性材料球墨铸铁QT900-2、缺口韧性材料纯铜T1、缺口脆性材料球墨铸铁QT900-2四种模型在相同位移量情况下变形大小，这样可以宏观的表现出材料的力学性能。3.1.1光滑韧性材料纯铜T1拉伸性能的有限元分析在薄板上分别加载位移量为0.04mm、0.05mm、0.1mm和4mm直至薄板断裂观看其变形大小，得到变形前后结果对比如图3.1、3.2、3.3和3.4所示。图3.1光滑韧性材料加载位移量为0.04mm的变形图图3.2光滑韧性材料加载位移量为0.05mm的变形图太原工业学院毕业设计15图3.3光滑韧性材料加载位移量为0.1mm的变形图图3.4光滑韧性材料加载位移量为4mm的变形图由图3.1至3.4可以得在相同材料情况下薄板随着位移量的增加，其变形幅度越来越大直到断裂。3.1.2光滑脆性材料球墨铸铁QT900-2拉伸性能的有限元分析对薄板分别加载位移量0.04mm、0.05mm、0.1mm和4mm直至薄板断裂观看其变形大小，得到薄板前后变形结果对比如图3.5、3.6、3.73和3.8所示。图3.5光滑脆性材料加载位移量为0.04mm的变形图太原工业学院毕业设计16图3.6光滑脆性材料加载位移量为0.05mm的变形图图3.7光滑脆性材料加载位移量为0.1mm的变形图图3.8光滑脆性材料加载位移量为4mm的变形图由图3.5至图3.8可以得在相同材料情况下薄板随着位移量的增加，其变形幅度越来越大直到断裂。3.1.3缺口韧性材料纯铜T1拉伸性能的有限元分析对薄板分别加载位移量0.04mm、0.05mm、0.1mm和4mm直至薄板断裂观看其变形大小，得出薄板前后变形结果对比如图3.9、3.10、3.11和3.12所示。太原工业学院毕业设计17图3.9缺口韧性材料加载位移量为0.04mm的变形图图3.10缺口韧性材料加载位移量为0.05mm的变形图图3.11缺口韧性材料加载位移量为0.1mm的变形图太原工业学院毕业设计18图3.12缺口韧性材料加载位移量为4mm的变形图由图3.9至3.12可以得在相同材料情况下薄板随着位移量的增加，其变形幅度越来越大直到断裂。3.1.4缺口脆性材料球墨铸铁QT900-2拉伸的有限元分析分别对薄板加载位移量0.04mm、0.05mm、0.1mm和4mm直至材料断裂观看其变形大小，得出壁板前后变形对比如图3.13、3.14和3.15所示。图3.13缺口脆性材料加载位移量为0.04mm的变形图太原工业学院毕业设计19图3.14缺口脆性材料加载位移量为0.05mm的变形图图3.15缺口脆性材料加载位移量为0.1mm的变形图当位移量为4mm时已经超过其屈服强度导致有限元不能分析。由图3-13至图3-15可以得在相同材料情况下薄板随着位移量的增加，其变形幅度越来越大直到断裂。1、由3.1.1和3.1.2、3.1.3和3.1.4对比可以得出脆性材料球墨铸铁QT900-2变形比韧性材料纯铜T1变形更大。2、由3.1.1和3.1.3、3.1.2和3.1.4对比可以得出有缺口材料变形比光滑材料变形更大。3、由3.1.1、3.1.2、3.1.3和3.1.4对比可以得出有缺口脆性材料球墨铸铁QT900-2在同样受力情况下变形最大。3.2材料变形应力云图用有限元分别分析光滑韧性材料纯铜T1、光滑脆性材料球墨铸铁QT900-2、缺口韧性材料纯铜T1、缺口脆性材料球墨铸铁QT900-2四种模型在相同位移量情况下应太原工业学院毕业设计20力大小，颜色越红表示应力越大。3.2.1光滑韧性材料纯铜T1拉伸性能的有限元分析分别对薄板加载位移量0.04mm、0.05mm、0.1mm和4mm直至壁板断裂观看应力大小，得出应力云图如图3.16、3.17、3.18和3.19所示。图3.16光滑韧性材料加载位移量0.04mm的应力云图从图3.16可以得出当加载位移量是0.04mm时最大应力为35.891N,最小应力为4.001N。图3.17光滑韧性材料加载位移量0.05mm的应力云图从图3.17可以得出当加载位移量是0.05mm时最大应力为44.863N,最小应力为5.001N。太原工业学院毕业设计21图3.18光滑韧性材料加载位移量为0.1mm的应力云图从图3.18可以得出当加载位移量是0.1mm时最大应力为389.727N,最小应力为10.001N。图3.19光滑韧性材料加载位移量4mm的应力云图从图3.19可以得出当加载位移量是4mm时最大应力为1383N,最小应力为326.974N。由图3.16至图3.19可以得出韧性材料纯铜T1随着壁板加载位移量越来越大，其应力越来越大，两边最小中间较大。3.2.2光滑脆性材料球墨铸铁QT900-2拉伸性能的有限元分析对薄板分别加载位移量为0.04mm、0.05mm、0.1mm和4mm直至薄板断裂观看其应力大小，得到应力云图，如图3.20、3.21、3.22和3.23所示。图3.20光滑脆性材料加载位移量0.04mm的应力云图从图3.20可以得出当加载位移量是0.04mm时最大应力为42.225N,最小应力为4.58N。太原工业学院毕业设计22图3.21光滑脆性材料加载位移量0.05mm的应力云图从图3.21可以得出当加载位移量是0.04mm时最大应力为52.781N,最小应力为5.725N。图3.22光滑脆性材料加载位移量0.1mm的应力云图从图3.22可以得出当加载位移量是0.05mm时最大应力为129.213N,最小应力为7.68N。图3.23光滑脆性材料加载位移量4mm的应力云图从图3.23可以得出当加载位移量是0.1mm时最大应力为1956N,最小应力为233.956N.太原工业学院毕业设计23由图3.20至图3.23可以得出脆性材料球墨铸铁QT900-2随着壁板加载位移量越来越大，其应力越来越大，两边最小中间较大。3.2.3缺口韧性材料纯铜T1拉伸性能的有限元分析对模板分别加载位移量为0.04mm、0.05mm、0.1mm和4mm直至材料断裂观看其应力大小，得出应力云图，如图3.24、3.25、3.26和3.27所示。图3.24缺口韧性材料加载位移量0.04mm的应力云图从图3.24可以得出当加载位移量是0.05mm时最大应力为75.237N,最小应力为1.652N。图3.25缺口韧性材料加载位移量0.05mm的应力云图从图3.25可以得出当加载位移量是0.05mm时最大应力为94.047N,最小应力为2.065N。太原工业学院毕业设计24图3.26缺口韧性材料加载位移量0.1mm的应力云图从图3.26可以得出当加载位移量是0.1mm时最大应力为188.094N,最小应力为4.129N.图3.27缺口韧性材料加载位移量4mm的应力云图从图3.27可以得出当加载位移量是4mm时最大应力为2539N,最小应力为100.745N。由图3.24至图3.27可以得出韧性材料纯铜T1随着壁板加载位移量越来越大，其应力越来越大，两边最小有缺口处最大。3.2.3缺口脆性材料球墨铸铁QT900-2拉伸性能的有限元分析对薄板分别加载位移量0.04mm、0.05mm、0.1mm、4mm直至材料断裂观看其应力大小，得到应力云图，如图3.28、3.29、3.30所示。图3.28缺口脆性材料加载位移量0.04mm的应力云图太原工业学院毕业设计25从图3.28可以得出当加载位移量是0.04mm时最大应力为91.156N,最小应力为1.826N。图3.29缺口脆性材料加载位移量0.05mm的应力云图从图3.29可以得出当加载位移量是0.05mm时最大应力为113.944N,最小应力为2.283N。图3.30缺口脆性材料加载位移量0.1mm的应力云图从图3.30可以得出当加载位移量是0.1mm时最大应力为227.889N,最小应力为4.566N。由图3.28至图3.30可以得出脆性材料球墨铸铁QT900-2随着壁板加载位移量越来越大，其应力越来越大，两边最小有缺口处最大。1、3.2.1和3.2.2、3.2.3和3.2.4对比可以得出脆性材料球墨铸铁QT900-2比韧性材料纯铜T1所受应力大。2、3.2.1和3.2.3、3.2.2和3.2.4对比可以得出有缺口材料变形比光滑材料所受应力大。3、由3.2.1、3.2.2、3.2.3和3.2.4对比可以得出有缺口脆性材料球墨铸铁QT900-2太原工业学院毕业设计26在同样受力情况下应力最大。4、缺口改变了材料的受力大小，使材料力学性能更差。3.3三向应力表用有限元分别分析光滑韧性材料纯铜T1、光滑脆性材料球墨铸铁QT900-2、缺口韧性材料纯铜T1、缺口脆性材料球墨铸铁QT900-2四种模型在相同位移量情况下三向应力大小。3.3.1光滑韧性材料纯铜T1拉伸性能的有限元分析分别加载位移量为0.04mm、0.05mm、0.1mm和4mm直至材料断裂查看三向应力，如表3.1、3.2、3.3和3.4所示。表3.1光滑韧性材料加载位移量0.04mm的最大最小三向应力表方向XYZXYXZYZ节点号722731400282727大小3.7712-2.4868-5.6421-9.0046-0.32173-3.9345方向XYZXYXZYZ节点号2727272525322大小38.96817.48318.7829.10520.264051.1617表3.2光滑韧性材料加载位移量0.05mm的最大最小三向应力表方向XYZXYXZYZ节点号7227314003042827大小4.7140-3.1085-7.0526-11.2560.40216-4.9182方向XYZXYXZYZ节点号2727272525322大小48.71021.75423.47711.3820.330065.5771表3.3光滑韧性材料加载位移量0.1mm的最大最小三向应力表方向XYZXYXZYZ节点号7147814003042827大小9.4280-6.2169-14.105-22.512-0.80432-9.9363方向XYZXYXZYZ节点号2727272525322大小97.42143.50746.95422.7630.6601111.154太原工业学院毕业设计27表3.4光滑韧性材料加载位移量4mm的最大最小三向应力表方向XYZXYXZYZ节点号7147814003042827大小36.40-87.307-95.778-3132.18-5.4475-102.28方向XYZXYXZYZ节点号282828135332322大小1571.0870.64899.00307.808.5755138.01由表3.1至表3.4可以得出光滑韧性材料纯铜T1随着加载位移量的增加各方向的应力也随之增加。3.3.2光滑脆性材料（球墨铸铁QT900-2）的有限元分析对薄板分别加载位移量为0.04mm、0.05mm、0.1mm和4mm直至材料断裂查看三向应力，如表3.5、3.6、3.7和3.8所示。表3.5光滑脆性材料加载位移量0.04mm的最大最小三向应力表方向XYZXYXZYZ节点号7147814003042827大小4.4651-2.2721-4.5666-9.6772-0.33806-3.8382方向XYZXYXZYZ节点号2272713525322大小41.81512.59513.7759.77580.281244.2725表3.6光滑脆性材料加载位移量0.05mm的最大最小三向应力表方向XYZXYXZYZ节点号7147814003042827大小5.5814-2.8401-5.7082-12.096-42257-4.7977方向XYZXYXZYZ节点号2272713525322大小52.26915.74317.21912.2210.351565.3406表3.7光滑脆性材料加载位移量0.1mm的最大最小三向应力表方向XYZXYXZYZ节点号3211814143042727大小7.4265-6.4649-14.840-18.555-1.1387-13.310方向XYZXYXZYZ节点号25252513525322大小133.5942.57546.64230.6081.028814.316表3.8光滑脆性材料加载位移量4mm的最大最小三向应力表方向XYZXYXZYZ节点号34615391530469627太原工业学院毕业设计28大小261.57-128.74-98.389-334.25-63.3848-152.06方向XYZXYXZYZ节点号2727271358322大小2097.1968.521011.9452.2915.661204.93又表3.5至表3.8可以得出光滑脆性材料球墨铸铁QT900-2随着加载位移量的增加各方向的应力也随之增加。3.3.3缺口韧性材料纯铜T1拉伸性能的有限元分析分别加载位移量为0.04mm、0.05mm、0.1mm和4mm直至材料断裂查看三向应力，如表3.9、3.10、3.11和3.12所示表3.9缺口韧性材料加载位移量0.04mm的最大最小三向应力表方向XYZXYXZYZ节点号982238390247140333大小-10.785-4.9590-10.011-19.153-3.9192-4.1240方向XYZXYXZYZ节点号747747294741829大小57.60629.25318.92120.8114.49053.9394表3.10缺口韧性材料加载位移量0.05mm的最大最小三向应力表方向XYZXYXZYZ节点号902238390247140333大小-13.482-6.1988-12.651-23.941-4.8991-5.1550方向XYZXYXZYZ节点号747747294741829大小72.00836.56623.65126.0135.61314.9243表3.11缺口韧性材料加载位移量0.1mm的最大最小三向应力表方向XYZXYXZYZ节点号902238390247140333大小-26.964-12.398-25.028-47.882-9.7981-10.3101方向XYZXYXZYZ节点号747747294741829大小144.0273.13247.30352.02711.2269.8486表3.12缺口韧性材料加载位移量4mm的最大最小三向应力表方向XYZXYXZYZ节点号3440890247140333大小-136.89-96.033-378.33-562.04-144.05-123.67太原工业学院毕业设计29方向XYZXYXZYZ节点号7477472947418312大小2237.51155.5899.13629.02165.99105.30由表3.9至表3.12可以得出缺口光滑材料纯铜T1随着加载位移量的增加各方向的应力也随之增加，缺口处节点三向应力最大。3.3.4缺口脆性材料球墨铸铁QT900-2拉伸性能的有限元分析对薄板分别加载位移量为0.04mm、0.05mm、0.1mm和4mm直至材料断裂查看三向应力，如表3.13、3.14和3.15所示。表3.13缺口脆性材料加载位移量0.04mm的最大最小三向应力表方向XYZXYXZYZ节点号34238390247140333大小-11.145-5.5837-8.3574-22.332-3.2900-3.9445方向XYZXYXZYZ节点号4308747294741829大小63.41828.89113.84024.0403.91233.8378表3.14缺口脆性材料加载位移量0.05mm的最大最小三向应力表方向XYZXYXZYZ节点号34238390247140333大小-13.932-6.9797-10.447-27.915-4.1125-4.9306方向XYZXYXZYZ节点号4308747294741829大小79.27236.11417.30030.0504.89044.7973表315缺口脆性材料加载位移量0.1mm的最大最小三向应力表方向XYZXYXZYZ节点号34238390247140333大小-27.864-13.959-20.894-55.830-8.2250-9.8612方向XYZXYXZYZ节点号4308747294741829大小158.5472.22834.60060.1009.78089.5945表3.15位移量0.1mm由表3.13至表3.15可以得出缺口脆性材料球墨铸铁QT900-2随着加载位移量的增加各方向的应力也随之增加，缺口处节点三向应力最大。1由3.3.1和3.3.2、3.3.3和3.3.4中的表格对比可以得出脆性材料球墨铸铁QT900-2比韧性材料纯铜T1所受三向应力大，应力变化范围也广。太原工业学院毕业设计302由3.3.1和3.3.3、3.3.2和3.3.4中的表格对比可以得出有缺口材料变形比光滑材料三向应力大，应力变化范围也广。3由3.3.1、3.3.2、3.3.3和3.3.4中表格对比可以得出有缺口脆性材料球墨铸铁QT900-2在同样受力情况下三向应力最大，应力变化范围最广。太原工业学院毕业设计314全文总结4.1主要的工作本文主要用四种模型光滑纯铜T1、缺口纯铜T1、光滑球墨铸铁QT900-2、缺口球墨铸铁QT900-2，每种模型4种试样。查看拉伸标准模型，学习有限元并用有限元建模、模拟所有试样的拉伸性能。查看试样的变形大小、应力云图、三向应力等。最后把不同模型的结果进行了比较，探讨材料的变形和断裂。4.2主要的结论1、当试样尺寸和外加载荷一定时，脆性材料比韧性材料变形、正应力和应变更大，材料所能承受的力更小，更容易断裂。2、当外加载荷和材料一定时，缺口材料比光滑材料更