Cu/WCp叠层功能梯度材料的疲劳裂纹扩展行为研究

发布时间：2021-01-04 00:27

　　功能梯度材料作为一种新型的复合多相材料,旨在满足新时代国防及民生等高新技术领域对材料提出的苛刻要求,被认为是复杂工作条件下最有应用前景的复合材料之一。自从1987年日本科学家新野正之等提出功能梯度材料的概念之后,功能梯度材料已广泛应用于微电子、核能源、航天工业、高温结构等领域。功能梯度材料通常应用于复杂的工作环境中,与传统复合材料存在很大区别,因此对功能梯度材料进行力学行为研究,尤其是对其疲劳裂纹扩展行为的研究具有重要的学术意义和工程应用背景。功能梯度材料最初旨在缓和热应力,应用于高温环境,特别适用于材料两侧温差较大的环境。随后,随着功能梯度材料研究的不断深人,其发展从概念上取得了一致并转向对制备方法以及实际工程应用的研究。铜基碳化钨（Cu/WCp）功能梯度材料具有良好的力学性能,从研发至今备受世界很多研究人员的关注。将碳化钨（WCp）与导电导热性能良好的铜（Cu）结合,按照实际的应用要求,热压烧结出WCp含量梯度分布的电接触材料。从目前收集到的文献看,国内外关于Cu/WCp功能梯度材料疲劳裂纹扩展方面的研究还是非常少的。由于Cu/WCp功能梯度材料具有非均匀性和可设计性,对Cu/WC... 

【文章来源】：昆明理工大学云南省

【文章页数】：126 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

功能梯度材料的内部组织变化的示意图

其力学行为相比较于普通复合材料有明显的不同，具有非常强的非均质性，??这严重阻碍了?Ｃｕ／ＷＣｐ叠层功能梯度材料的大规模生产制备以及工业应用，叠层??功能梯度材料结构分类如图１．２所示。在实际工程应用中，９０％的破坏是由疲劳??造成的，疲劳破坏一般由应力或应变较高的局部开始，形成裂纹即裂纹萌生［２５—２６］；??随后，随着疲劳裂纹的扩展，荷载逐步增加并达到临界值，材料结构发生断裂。??因此，从工程应用角度对Ｃｕ／ＷＣｐ叠层功能梯度材料进行力学性能研究，尤其是??疲劳裂纹扩展研究具有重要的学术意义和工程应用背景［２７］。??ｆ－．趣—她?ｕ??（Ａ）?（Ｂ）?（〇??连续变化?叠层式变化?连接??图１．２功能梯度材料结构分类??１．１．３?ＦＲＡＮＣ２Ｄ数值模拟方法??近年来，随着计算机科学、断裂力学理论和实验技术的迅速发展，科学家们??在各种高效算法上取得的突破并开始致力于断裂软件的开发。其中ＦＲＡＮＣ２Ｄ具??有涉及断裂问题比较全面、价廉、操作简单等优点，逐渐引起国内外人员对其算??法与应用研究的兴趣［２８］。??ＦＲＡＮＣ２Ｄ有限元软件最早由美国康奈尔大学研制开发并运用在航天领域、??石油工业以及军用飞行器领域［２９］，它采用了拓扑数据结构及模块化的设计，具有??较强的建模及裂纹扩展分析能力。此软件具有建模、应力分析、临界ＣＯＤ的计??算、裂纹稳定扩展模拟等功能，可以用于准静态线弹性体或非线性体的裂纹扩展??的模拟。??由于该有限元软件具有诸多优点

裂纹扩展速率ｄａ／ｄＮ主要受到裂纹尖端的交变应力强度因子幅ＡＫ和交变载??荷的应力比Ｒ的控制。线弹性断裂力学认为，在应力比不变的交变载荷的作用下，??ｄａ／ｄＮ随ＡＫ的变化关系在双对数坐标系上呈图２．１所示的曲线。??＼ｏｇ（ｄａ／６Ｎ）??！?Ｉｌ／ｍ??Ｉ?／??喂糾＇??图２．１疲劳裂纹扩展Ｉｇｇ｜）－ｌｇ（ＡＫ）关系曲线??ｄａ／ｄＮ－ＡＫ曲线分成三个阶段：低速扩展段Ｉ、稳定扩展段ＩＩ和快速扩展段ＩＩＩ，??阶段Ｉ内，应力强度因子幅ＡＫ值很低，当ＡＫ小于裂纹扩展门槛值ＡＫｔｈ时，裂纹基??本不扩展；随着ＡＫ继续增大，裂纹扩展进入第ＩＩ区域，在这一阶段一般认为??ｌｇ（ｄａ／ｄＮ）－ｌｇ（ＡＫ）呈现线性关系，描述这一阶段一般采用Ｐａｒｉｓ公式［９８］：??ｆＮ?＝?Ｃ＿ｍ?（２－１）??１９??


本文编号：2955782