超弹性NiTi合金断裂行为实验和有限元模拟

发布时间：2024-07-06 09:37

　　超弹性NiTi合金由于热弹性马氏体固-固相变体现出优越的超弹性和形状记忆效应。在裂纹扩展过程中,由于应力诱发马氏体相变和马氏体塑性屈服对相变的约束作用,其裂纹尖端应力场与常规金属材料不同,基于传统线弹性断裂力学的模拟方法存在一定局限性。因此,需要评估已有裂纹扩展模拟方法对超弹性NiTi合金裂纹扩展模拟的适用性,进而发展基于考虑相变-塑性的本构模型,对超弹性NiTi合金裂纹尖端的应力场进行深入分析,讨论超弹性NiTi合金特有的材料参数对断裂参量J积分的影响。最终,针对超弹性NiTi合金的裂纹扩展问题,基于ABAQUS有限元分析软件开发有限元插件,从而实现对超弹性NiTi合金器件的断裂问题进行快速评估,这对该合金的可靠性评估具有重要意义。该论文的主要研究工作如下:(1)对超弹性NiTi合金进行了准静态裂纹扩展和疲劳裂纹扩展实验研究。分析了不同加载速率下裂纹尖端应力场和温度场的特性,计算了不同加载速率下超弹性NiTi合金的应力强度因子K_I和J积分,讨论了加载速率对断裂参量的影响。基于Paris公式确定了疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子幅值的材料参数。(2)基于线弹性断裂力...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 超弹性NiTi合金断裂行为研究现状
        1.2.1 静态断裂行为实验研究
        1.2.2 疲劳裂纹扩展实验研究
        1.2.3 裂纹扩展数值模拟
    1.3 已有研究工作的不足
    1.4 本文研究的内容及创新
第2章 超弹性NiTi合金断裂行为实验研究
    2.1 断裂力学理论概述
        2.1.1 断裂基本类型
        2.1.2 应力强度因子理论
        2.1.3 J积分理论
    2.2 实验材料
    2.3 实验方法
    2.4 静态裂纹扩展实验
        2.4.1 实验结果分析
        2.4.2 应力强度因子K和 J积分计算
    2.5疲劳裂纹扩展实验
        2.5.1 疲劳裂纹扩展理论
        2.5.2 柔度法测定裂纹长度理论
        2.5.3 疲劳裂纹扩展结果分析
    2.6 本章小结
第3章 基于线弹性断裂力学的裂纹扩展模拟
    3.1 常用裂纹扩展数值模拟方法简介
        3.1.1 扩展有限元法
        3.1.2 虚拟裂纹闭合技术方法
        3.1.3 基于内聚力模型的裂纹扩展方法
        3.1.4 边界元法
        3.1.5 无网格法
    3.2 裂纹扩展判据
    3.3 裂纹扩展有限元模拟
        3.3.1 基于VCCT方法的准静态裂纹扩展模拟
        3.3.2 基于XFEM方法的准静态裂纹扩展模拟
        3.3.3 基于XFEM方法的疲劳裂纹扩展模拟
    3.4 本章小结
第4章 基于相变-塑性本构模型的J积分影响因素分析
    4.1 有限元模型
    4.2 材料模型
    4.3 J积分影响因素分析
        4.3.1 裂纹尖端应力场
        4.3.2 J积分影响因素分析
    4.4 本章小结
第5章 准静态载荷下裂纹扩展有限元插件开发
    5.1 裂纹扩展插件开发
        5.1.1 ABAQUS脚本接口
        5.1.2 基于ABAQUS平台的裂纹扩展插件开发流程
    5.2 裂纹扩展示例
        5.2.1 I型裂纹扩展
        5.2.2 复合型裂纹扩展
    5.3 本章小结
结论
展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及参加科研项目



本文编号：4002405