圆形杂质对裂纹扩展的影响
发布时间：2021-09-30 07:40
在单轴拉伸载荷作用下,运用分布位错方法对无限大平面内含有一个裂纹和一个任意方向的杂质问题进行求解,得到了裂纹尖端的应力强度因子、应力场以及应变能密度.利用最小应变能密度因子准则来判断裂纹扩展方向.结果显示:软杂质对裂纹尖端应力强度因子、应变能密度和应力场有增强作用,而硬杂质则具有屏蔽作用.在-30!<θ<30!范围内,杂质对裂纹扩展方向的影响较小,而在-90!<θ<-30!或30!<θ<90!范围内,杂质对裂纹扩展方向的影响较大.软杂质对裂纹扩展有吸引作用,而硬杂质具有排斥作用.
【文章来源】：应用数学和力学. 2019,40(02)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
包含一个裂纹和一个任意方向杂质的无限大平面
壹舛司嗬?d对裂纹扩展的影响;3)杂质硬度μ对裂纹扩展的影响;4)杂质中心相对裂纹中心与水平方向的角度θ对裂纹扩展的影响．这里用Ｒ/a，μ2/μ1，d/a，ρ/a来对结果无量纲化，并通过裂纹尖端的应力强度因子、应力场以及应变能密度来模拟结果．下面对有限元解与理论解对比分析．(a)整体网格(b)杂质和裂纹的局部网格(c)裂纹尖端的网格(a)Thewholemesh(b)Thelocalmeshnearthecrack(c)Thelocalmeshnearandtheinhomogeneitythecracktip图3有限元模型Fig．3Thefiniteelementmodel3结果讨论裂纹尖端的应力强度因子用式(22)来无量纲化:K0=σπ槡a．(22)3．1验证求解图4(a)为当前的结果和文献的结果对比(虚线为文献中的结果，实线为当前研究结果)，文献［15］的参数Ｒ/a=20，μ2/μ1=0．1，θ=0°，文献［19］的参数Ｒ/a=2，μ2=0，θ=0°，当前的结果和文献中的结果吻合效果很好，验证了本文的求解．当前的理论结果和有限元结果比较如图4(b)，d/a=10，θ=0°，实线为理论结果，虚线为有限元结果，实线虚线基本重合，验证了当前的求解．3．2杂质的方向对裂纹应力强度因子的影响图5为单轴拉伸状况下，不同μ2/μ1时应力强度因子随杂质朝向θ的变化情况，d/a=1和Ｒ/a=0．5．结果显示:软杂质对裂纹扩展有增强作用，θ=0°杂质对裂纹影响最小，随着θ绝对值增大杂质对裂纹的作用增强;对硬杂质，应力强度因子随着θ绝对值的增大先减小后增大，屏蔽作用在θ=45°时最强．3．3裂纹尖端的应力场图
0°，d/a=1，ρ/a=0．1．结果显示:软杂质对应变能密度有增大作用，硬杂质对应变能密度有减弱作用．由图7可得到应变能密度的最小值，因此本文用应变能密度准则预测裂纹扩展方向．(a)文献结果和本文理论结果(b)本文理论结果和有限元结果(a)Comparisonbetweenpreviousresearch(b)ComparisonbetweenFEMresultsresultsandresultsinthisworkandresultsinthiswork图4结果比较Fig．4Comparisonoftheresults图5单轴拉伸载荷下应力强度因子随θ的变化Fig．5NormalizedSIFvs．θundertheuniaxialtensileload图6裂纹尖端应力分量随φ的变化Fig．6Normalizedstresscomponentsvs．φnearthecracktip3．5d/Ｒ对裂纹扩展方向的影响图8为单轴拉伸情况下，裂纹扩展方向随d/Ｒ的变化情况．Ｒ/a=0．5．结果显示:随着杂质和裂纹距离的增加，杂质对裂纹扩展方向的影响逐渐减弱;当裂纹尖端非常接近杂质边界时，杂质对裂纹扩展方向的作用效果最强．491邢帅兵王强胜生月江晓禹
【参考文献】：
期刊论文
[1]剪切荷载作用下圆孔孔边裂纹的解[J]. 段士杰,刘淑红. 应用数学和力学. 2016(07)
[2]裂纹与弹性夹杂的相互影响[J]. 张明焕,汤任基. 应用数学和力学. 1995(04)
硕士论文
[1]裂纹与夹杂之间的构型力及Ⅱ型裂纹裂尖塑性区的屏蔽效应[D]. 周荣欣.上海交通大学 2012
本文编号：3415413
【文章来源】：应用数学和力学. 2019,40(02)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
包含一个裂纹和一个任意方向杂质的无限大平面
壹舛司嗬?d对裂纹扩展的影响;3)杂质硬度μ对裂纹扩展的影响;4)杂质中心相对裂纹中心与水平方向的角度θ对裂纹扩展的影响．这里用Ｒ/a，μ2/μ1，d/a，ρ/a来对结果无量纲化，并通过裂纹尖端的应力强度因子、应力场以及应变能密度来模拟结果．下面对有限元解与理论解对比分析．(a)整体网格(b)杂质和裂纹的局部网格(c)裂纹尖端的网格(a)Thewholemesh(b)Thelocalmeshnearthecrack(c)Thelocalmeshnearandtheinhomogeneitythecracktip图3有限元模型Fig．3Thefiniteelementmodel3结果讨论裂纹尖端的应力强度因子用式(22)来无量纲化:K0=σπ槡a．(22)3．1验证求解图4(a)为当前的结果和文献的结果对比(虚线为文献中的结果，实线为当前研究结果)，文献［15］的参数Ｒ/a=20，μ2/μ1=0．1，θ=0°，文献［19］的参数Ｒ/a=2，μ2=0，θ=0°，当前的结果和文献中的结果吻合效果很好，验证了本文的求解．当前的理论结果和有限元结果比较如图4(b)，d/a=10，θ=0°，实线为理论结果，虚线为有限元结果，实线虚线基本重合，验证了当前的求解．3．2杂质的方向对裂纹应力强度因子的影响图5为单轴拉伸状况下，不同μ2/μ1时应力强度因子随杂质朝向θ的变化情况，d/a=1和Ｒ/a=0．5．结果显示:软杂质对裂纹扩展有增强作用，θ=0°杂质对裂纹影响最小，随着θ绝对值增大杂质对裂纹的作用增强;对硬杂质，应力强度因子随着θ绝对值的增大先减小后增大，屏蔽作用在θ=45°时最强．3．3裂纹尖端的应力场图
0°，d/a=1，ρ/a=0．1．结果显示:软杂质对应变能密度有增大作用，硬杂质对应变能密度有减弱作用．由图7可得到应变能密度的最小值，因此本文用应变能密度准则预测裂纹扩展方向．(a)文献结果和本文理论结果(b)本文理论结果和有限元结果(a)Comparisonbetweenpreviousresearch(b)ComparisonbetweenFEMresultsresultsandresultsinthisworkandresultsinthiswork图4结果比较Fig．4Comparisonoftheresults图5单轴拉伸载荷下应力强度因子随θ的变化Fig．5NormalizedSIFvs．θundertheuniaxialtensileload图6裂纹尖端应力分量随φ的变化Fig．6Normalizedstresscomponentsvs．φnearthecracktip3．5d/Ｒ对裂纹扩展方向的影响图8为单轴拉伸情况下，裂纹扩展方向随d/Ｒ的变化情况．Ｒ/a=0．5．结果显示:随着杂质和裂纹距离的增加，杂质对裂纹扩展方向的影响逐渐减弱;当裂纹尖端非常接近杂质边界时，杂质对裂纹扩展方向的作用效果最强．491邢帅兵王强胜生月江晓禹
【参考文献】：
期刊论文
[1]剪切荷载作用下圆孔孔边裂纹的解[J]. 段士杰,刘淑红. 应用数学和力学. 2016(07)
[2]裂纹与弹性夹杂的相互影响[J]. 张明焕,汤任基. 应用数学和力学. 1995(04)
硕士论文
[1]裂纹与夹杂之间的构型力及Ⅱ型裂纹裂尖塑性区的屏蔽效应[D]. 周荣欣.上海交通大学 2012
本文编号：3415413
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3415413.html
