金属泡沫 J 积分试验的评估

通过将有限元（FE）模拟与实验相结合，对开孔铝合金泡沫初始裂纹扩展的 J 积分试验流程进行了评估。实验发现，在主导裂纹尖端前方会形成一个随机失效支柱区，其尺寸与塑性区相当。因此，从主导裂纹尖端开始裂纹扩展的起始阶段不存在裂纹尖端 J 场。这意味着尽管试样尺寸满足 J 有效性的一般准则，测得的 J_IC 值以及 J 相对于裂纹扩展 Da 的曲线不能视为材料属性。韧性试验在单边缺口弯曲试样上进行，裂纹扩展通过直流电位降法、数字图像相关以及 X 射线计算机断层扫描测量。泡沫的裂纹扩展阻力与两个明显的塑性耗散区相关：(i) 自裂纹尖端发出的块状塑性区（包含一团随机失效支柱），以及 (ii) 推进裂纹尖端后方的裂纹桥联区。针对观测到的大尺度桥联情形，探讨了内聚区模型预测断裂响应的适用性。为此，将开孔金属泡沫的离散晶格替换为可压缩弹塑性硬化固体进行 FE 模拟，而泡沫中的断裂过程区由以拉伸牵引-分离定律表征的内聚区表示。内聚区模型与实验观测的详细比较表明，使用单一过程区参数集可以捕捉载荷-位移响应，但无法捕捉断裂过程区的细节。