裂纹尖端塑性区对断裂行为的影响

发布时间：2020-04-27 10:08

【摘要】：对于大多数金属材料,裂纹尖端附近总是存在着塑性区,塑性区的形状和尺寸对材料的断裂行为产生重要的影响。塑性区的增韧作用表明塑性区越大,材料的韧性越高。经典的Irwin模型假设塑性区外奇异应力场分布是弹性解的平移,将塑性区的一部分加上原有裂纹视为等效裂纹。这样得到的等效应力强度因子总是大于相应的线弹性解的应力强度因子,这与塑性区的增韧作用相悖。另外,Irwin模型只适合理想弹塑性材料,而对于Ramberg-Osgood形幂硬化材料,裂尖塑性区尺寸以及塑性区外应力分布受到幂硬化指数极大的影响,且塑性区内应力分布和理想弹塑性材料完全不同,鉴于此我们对Irwin模型进行改进。考虑到塑性区对塑性区外应力分布产生极大影响,我们认为塑性区外应力分布和线弹性解完全不同。为了考察塑性区对裂纹尖端附近应力分布的影响,本文提出在塑性影响区内,裂纹延长线上奇异应力分布与线弹性奇异应力场静力等效的原则。在此基础上分别建立了适用于理想弹塑性材料和Ramberg-Osgood幂硬化材料的改进的Irwin模型,分别推导出了衡量塑性区屏蔽效应的显式表达式,定量地解释了塑性区的屏蔽效应。根据改进的Irwin模型研究了小范围屈服条件下无限大板中心裂纹和单边裂纹裂纹尖端塑性区对裂尖应力强度因子的影响,本文结果与基于相变增韧理论的方法得到的结果在趋势上一致。
【图文】：

图 2-1 裂纹尖端应力场全场解复变函数解法示意图Fig.2-1 Schematic diagram of the complex variable function method of near crack-tip stressfield complete solution图 2-1 表示裂纹尖端应力场复变函数解法示意图，由复变函数基础知识得1212iiiz rez a r ez a r e (2-49)Westergaard 应力函数可表示为 1 2 1 22 21 21 1cos sin2 2 2 2Iz rZ z iz ar r (2-50)则，，

图 2-2 裂纹尖端应力场近似解复变函数解法示意图Fig.2-2 Schematic diagram of the complex variable function method of near crack-tip stressfield approximate solution在裂纹尖端附近，当r a时，式子(2-55)可近似写为 1 1cos sin2 22 2 22Iia aZ z iraer (2-56) 2 23 2 3 2 3 22 23 3cos sin(2 ) 2 22 2Ii i ia a aZ z irr e are are (2-57) 1Re cos22 2Im sin22IIaZ zraZ zr (2-58)
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG111.91;O346.1

【参考文献】

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1 陈景杰;李玉刚;黄一;;硬化材料裂尖塑性区尺寸简便计算方法研究[J];华中科技大学学报(自然科学版);2013年12期

2 谢翔;张永强;;平面远场受拉孔洞塑性区半径应变梯度解[J];力学季刊;2012年04期

3 滕项铭;冯淼林;;裂纹尖端疲劳塑性区研究[J];力学季刊;2011年03期

4 王维娟,赵乃

本文编号：2642151