脆性材料中裂纹扩展特性的离散模拟研究

发布时间：2024-04-19 03:32

　　脆性材料由于其具有高强度、高硬度和良好的耐热性等性能而被广泛应用于各种行业中,但脆性材料在极小的应变下即可形成导致材料破坏的裂纹。因此,认识脆性材料中裂纹的形成及其传播特性,对于设计和优化脆性材料微结构,进而提高其断裂韧性具有重要的指导意义。本文基于离散单元法数值模拟,从微观晶粒尺度出发对脆性材料中的裂纹扩展特性进行了研究。具体研究工作如下:介绍了本研究工作所采用的离散单元法力学模型。随后以部分烧结三氧化二铝陶瓷材料为模拟对象,考察了其杨氏模量和拉伸断裂强度随固含率的变化,并通过与文献报道的实验数据对比,检验了模拟结果的准确性。研究结果表明,模拟预测的杨氏模量和断裂强度与文献报道数据能够定量吻合。考察了裂纹与孔洞之间的相互作用机制。模拟结果表明,取决于两者之间的相对排列型式和相对距离,孔洞既可对裂纹扩展起到促进作用,也可呈现抑制效果。对比无孔洞情况,在裂纹前端合理地布置孔洞位置可以有效地提高材料的断裂应变。这一结果为下一步优化陶瓷材料微结构以提高其断裂韧性提供了借鉴思路。模拟研究了拉伸加载情况下,预制裂纹在陶瓷材料内部的扩展特性。模拟结果表明,取决于加载速率,预制裂纹扩展过程中可呈直线...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
ABSTRACT
1.绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 脆性材料裂纹扩展的数值模拟研究
        1.2.1 有限元
        1.2.2 近场动力学
        1.2.3 格点弹簧模型
        1.2.4 离散单元法
        1.2.5 分子动力学
    1.3 本文研究主要目标
2.离散单元法作用模型
    2.1 接触力模型
        2.1.1 基本方程
        2.1.2 接触模型的修正
    2.2 计算流程
    2.3 参数设置
    2.4 数值制备
    2.5 结果与讨论
    2.6 小结
3.孔洞对裂纹扩展特性的影响研究
    3.1 试样制备
    3.2 孔洞与预制裂纹尖端的距离的影响
        3.2.1 孔洞位于预制裂纹正前方(z=0)
        3.2.2 孔洞位于预制裂纹尖端正上方(x=0)
        3.2.3 孔洞位于预制裂纹中点正上方
    3.3 孔洞与预制裂纹所成角度(θ)的影响
    3.4 孔洞半径(r)的影响
    3.5 小结
4.裂纹动态扩展特性模拟研究
    4.1 试样制备
    4.2 裂纹动态扩展特性
    4.3 裂纹失稳原因分析
    4.4 小结
5.结论与展望
    5.1 全文总结
    5.2 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
作者简介



本文编号：3958166