基于XFEM的材料缺陷对疲劳裂纹扩展行为的影响研究

发布时间：2023-06-28 01:37

　　材料缺陷的存在会在一定程度上对裂纹尖端的应力场产生扰动作用。Ⅰ型加载条件下,扰动作用导致裂纹尖端应力场的对称性发生改变,因此裂纹并不会沿着垂直于Ⅰ型加载方向扩展,而是表现出复合型疲劳裂纹扩展的特性,此外这些孔洞、夹杂的存在还会对裂纹扩展速率产生影响。扩展有限元法(XFEM)在处理含有孔洞、夹杂的裂纹扩展问题时具有高效、准确的特点。本文以扩展有限元为基础理论来研究改进紧凑拉伸(CT)试样中孔洞和夹杂的位置、半径,以及夹杂物自身材料属性对疲劳裂纹扩展行为的影响。此外为了定量表示裂纹扩展路径偏转程度,提出挠度影响系数的概念。研究结果表明:(1)孔洞与初始裂纹尖端夹角θ=45°时,对于裂纹扩展路径的“吸引”效应最为明显,挠度影响系数取最大值;挠度影响系数随着孔洞半径R的增大而增大,随着距离L的增大而减小;在R和L共同影响下,L为主导影响因素。(2)软性夹杂与刚性夹杂对裂纹扩展影响效应有明显差异,刚性夹杂对裂纹扩展路径会产生“排斥”效应且随着弹性模量Ef的增大,“排斥”效应越明显;软性夹杂作用下,随着的弹性模量Ef的增大,夹杂物对裂纹路径的“吸引”效应逐渐降低。除了夹杂物自身材料属性外,软性夹杂...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 裂纹扩展问题的常用模拟方法
    1.3 扩展有限元法的发展及应用
        1.3.1 扩展有限元在求解应力强度因子中的应用
        1.3.2 扩展有限元法在裂纹扩展问题中的应用
    1.4 材料缺陷裂纹扩展问题的国内外研究进展
        1.4.1 含孔洞的裂纹扩展问题研究进展
        1.4.2 含夹杂的裂纹扩展问题研究进展
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 断裂力学及扩展有限元相关理论
    2.1 断裂力学
        2.1.1 裂纹类型
        2.1.2 裂纹尖端应力场与应力强度因子
    2.2 扩展有限元法
        2.2.1 水平集函数
        2.2.2 扩展有限元法的基础理论
    2.3 J积分理论与应力强度因子的求解
        2.3.1 J积分理论
        2.3.2 能量释放率
        2.3.3 J积分、能量释放率G及应力强度因子K之间的关系
        2.3.4 1/4节点位移法
    2.4 本章小结
第3章 裂纹扩展过程的有限元模拟
    3.1 Abaqus软件在裂纹扩展问题中的应用
    3.2 Abaqus有限元分析
        3.2.1 建立几何模型及材料属性的创建
        3.2.2 网格划分及网格无关性验证
        3.2.3 分析步和载荷设定
        3.2.4 扩展有限元法模拟裂纹扩展的准确性验证
    3.3 Abaqus求解应力强度因子
    3.4 本章小节
第4章 孔洞对裂纹扩展行为的影响
    4.1 孔洞与初始裂纹尖端的夹角θ对裂纹扩展路径的影响
    4.2 孔洞与裂纹尖端的距离L对裂纹扩展路径的影响
    4.3 孔洞半径R对裂纹扩展路径的影响
    4.4 L与R共同影响下的裂纹扩展路径
    4.5 复合比Me与挠度影响系数的关系研究
    4.6 本章小结
第5章 夹杂对裂纹扩展行为的影响
    5.1 夹杂物的弹性模量E'对裂纹扩展路径的影响
    5.2 夹杂与初始裂纹尖端的夹角θ对裂纹扩展路径的影响
    5.3 夹杂物与裂纹尖端距离L对扩展路径的影响
    5.4 夹杂物半径R对裂纹扩展路径的影响
    5.5 孔洞、夹杂对裂纹扩展路径的影响效应对比
    5.6 孔洞、夹杂对裂纹扩展速率的影响
    5.7 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献



本文编号：3835723