Abstract Controlling the Charpy impact toughness of materials is the key to the ductile fracture arrest design of pipelines. The finite element method based on Johnson–Cook (J-C) model has become an effective method to assist the experimental study of material impact toughness. In this paper, model parameters of J-C constitutive relation and damage parameters of J-C failure model for X80 pipeline steel have been determined experimentally from quasi-static uniaxial tension tests and Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) tests. Charpy impact test has been simulated using J-C constitutive and failure models with the determined parameters. Reasonable agreements between the simulation and experimental results have been achieved. On this basis, the effects of the pendulum velocity, specimen width and striker radius on Charpy impact test results are studied. The results show that pendulum velocity has negligible influence on Charpy impact test results; the maximum force and impact absorbed energy both have a highly linear relationship to specimen width; Charpy impact test is sensitive to striker geometry, the results measured by 2 mm-striker are obviously smaller than those of 8 mm-striker. Based on the above researches, the impact absorbed energy correlation model between sub-size specimens and standard full-size specimens, the test results transformation rules of the two strikers are established. The methods and results presented in this paper will provide references for dynamic behavior study, impact dynamic design, pipeline safety operation and risk assessment of high-grade pipeline steel.

中文翻译：

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X80管线钢Johnson-Cook参数的测定及夏比冲击试验性能评价

摘要 控制材料的夏比冲击韧性是管道延性止裂设计的关键。基于Johnson-Cook（JC）模型的有限元方法已成为辅助材料冲击韧性实验研究的有效方法。本文通过准静态单轴拉伸试验和分裂霍普金森压力棒（SHPB）试验，通过实验确定了X80管线钢JC破坏模型的JC本构关系模型参数和损伤参数。夏比冲击试验已使用 JC 本构和失效模型和确定的参数进行模拟。模拟和实验结果之间取得了合理的一致性。在此基础上，钟摆速度的影响，研究了夏比冲击试验结果的试样宽度和撞击半径。结果表明摆速度对夏比冲击试验结果的影响可以忽略不计；最大力和冲击吸收能量均与试样宽度呈高度线性关系；夏比冲击试验对撞针几何形状敏感，2mm撞针测得的结果明显小于8mm撞针测得的结果。在上述研究的基础上，建立了小尺寸试件与标准全尺寸试件的冲击吸收能量相关模型，建立了两种撞击器的试验结果转换规则。本文提出的方法和结果可为高等级管线钢的动力行为研究、冲击动力设计、管道安全运行和风险评估提供参考。结果表明摆速度对夏比冲击试验结果的影响可以忽略不计；最大力和冲击吸收能量均与试样宽度呈高度线性关系；夏比冲击试验对撞针几何形状敏感，2mm撞针测得的结果明显小于8mm撞针测得的结果。在上述研究的基础上，建立了小尺寸试件与标准全尺寸试件的冲击吸收能量相关模型，建立了两种撞击器的试验结果转换规则。本文提出的方法和结果可为高等级管线钢的动力行为研究、冲击动力设计、管道安全运行和风险评估提供参考。结果表明摆速度对夏比冲击试验结果的影响可以忽略不计；最大力和冲击吸收能量均与试样宽度呈高度线性关系；夏比冲击试验对撞针几何形状敏感，2mm撞针测得的结果明显小于8mm撞针测得的结果。在上述研究的基础上，建立了小尺寸试件与标准全尺寸试件的冲击吸收能量相关模型，建立了两种撞击器的试验结果转换规则。本文提出的方法和结果可为高等级管线钢的动力行为研究、冲击动力设计、管道安全运行和风险评估提供参考。最大力和冲击吸收能量均与试样宽度呈高度线性关系；夏比冲击试验对撞针几何形状敏感，2mm撞针测得的结果明显小于8mm撞针测得的结果。在上述研究的基础上，建立了小尺寸试件与标准全尺寸试件的冲击吸收能量相关模型，建立了两种撞击器的试验结果转换规则。本文提出的方法和结果可为高等级管线钢的动力行为研究、冲击动力设计、管道安全运行和风险评估提供参考。最大力和冲击吸收能量均与试样宽度呈高度线性关系；夏比冲击试验对撞针几何形状敏感，2mm撞针测得的结果明显小于8mm撞针测得的结果。在上述研究的基础上，建立了小尺寸试件与标准全尺寸试件的冲击吸收能量相关模型，建立了两种撞击器的试验结果转换规则。本文提出的方法和结果可为高等级管线钢的动力行为研究、冲击动力设计、管道安全运行和风险评估提供参考。在上述研究的基础上，建立了小尺寸试件与标准全尺寸试件的冲击吸收能量相关模型，建立了两种撞击器的试验结果转换规则。本文提出的方法和结果可为高等级管线钢的动力行为研究、冲击动力设计、管道安全运行和风险评估提供参考。在上述研究的基础上，建立了小尺寸试件与标准全尺寸试件的冲击吸收能量相关模型，建立了两种撞击器的试验结果转换规则。本文提出的方法和结果可为高等级管线钢的动力行为研究、冲击动力设计、管道安全运行和风险评估提供参考。