含夹杂的有限体结构接触性能研究
发布时间：2021-11-13 23:45
传统的结构设计,通常假设材料内部是均匀的,然而在材料的实际加工过程中难免会有空洞、夹杂、微裂纹等非均匀区域产生,正是由于这些非均匀区域的存在,使得材料的接触性能发生改变,强度降低;如果用均质材料的接触特性去设计结构,设计出的结构往往不能达到其预期寿命,甚至可能导致零件失效和一些安全事故的发生,因此对非均质材料的接触性能的研究显得非常重要。首先,本文基于Abaqus软件建立了含夹杂（球形）的有限体球接触模型,通过观察基体的塑性云图发现了含夹杂的球体初始产生屈服的位置规律,研究了不同的夹杂大小、夹杂深度以及基体参数对有限体球的临界下压量、弹性接触性能的影响,并拟合得到相应的关系式。同时研究了夹杂参数对基体表面的接触压力以及接触中心的下方米赛斯应力分布的影响;研究表明,基体表面的压力随着夹杂半径增大而增大,随着夹杂距离表面的深度增加而减小;当夹杂距离接触表面非常近时,不论夹杂半径取何值,表面的压力都有很明显的提高;夹杂半径越大,接触中心的下方的最大米塞斯应力越大,且随着夹杂深度增加应力值减小。其次,对含夹杂的有限球体的弹塑性性能也进行了研究,得到了夹杂半径和夹杂深度对基体的第一、第二弹塑性临...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
2CrMo钢疲劳断口源上的MgO.Al2O3晶体Fig.1-1Mgo.al2o3crystalonthefatiguefracturesourceof42CrMosteel
2接触力学的基本理论及有限元求解方法72接触力学的基本理论及有限元求解方法2.1引言生活中很多问题都可以归结为接触问题，其相关理论被应用到工程实际中的各个方面，例如齿轮轮齿啮合、电接触、车轮轨道接触等等。它们在运行期间发生大量接触行为，因此需要研究它们的接触规律，了解在它们运行过程中所需要注意的问题，避免事故发生。本章介绍了经典的赫兹理论以及它在两个常见的接触问题中的应用，对塑性屈服准则以及塑性本构原理进行了简单阐述，最后介绍了用有限元软件分析接触问题的具体步骤以及建模时需要考虑的问题。2.2接触力学的基本理论2.2.1赫兹理论1882年，Hertz在观察两个玻璃透镜间隙的Newton干涉条纹时，观察到透镜表面的接触压力会影响接触区域的弹性变形，经过大量的验证和研究后，提出Hertz理论[46]，在使用Hertz理论时，一般假设：（1）两物体的接触区域呈椭圆形状，且物体之间不产生刚性移动；（2）物体变形为小变形；（3）应力、应变呈线性关系;（4）不考虑物体间摩擦力的影响。图2-1为两个相互接触的物体变形后的示意图，假设接触表面是光滑的，虚线为变形之后的接触表面，a为接触区域半径，为的总的变形量，它由1、2构成，P为接触面受到的载荷。图2-1相互接触的两个物体的变形图Fig.2-1Deformationoftwoobjectsincontactwitheachother
2接触力学的基本理论及有限元求解方法15接触分析中三种非线性问题：（1）材料非线性（materialnonlinearity）:是指材料的应力应变关系是非线性的，如图2-8所示。材料发生破坏斜率为弹性模量E最大张力初始屈服应力图2-8轴向拉伸下弹塑性材料的应力应变曲线Fig.2-8Stress-straincurveofelastoplasticmaterialunderaxialtension（2）几何非线性:是指物体受载后整个结构位移发生了明显的改变，例如板壳的大挠度变形、大转动、大位移、突然翻转和几何刚化等问题都是几何非线性问题。如图2-9所示当梁端挠度较小时，梁体变形小，结构响应可以看作为线性关系，当梁端挠度过大时，梁体结构发生改变，此时响应不在呈线性，可以看作非线性问题去处理。图2-9悬臂梁的大挠度Fig.2-9Thelargedeflectionofacantileverbeam（3）边界条件非线性:是指在分析过程中，模型的边界条件会发生改变。如图2-10所示，悬臂梁受到载荷产生变形，在接触到障碍物之前，由于挠度较小，梁体结构响应呈线性，接触障碍物后，整个结构的边界条件发生改变，此时结构响应不在呈线性。图2-10碰到障碍物的悬臂梁Fig.2-10Thecantileverbeamthatmeetsanobstacle
【参考文献】：
期刊论文
[1]非金属夹杂物对纯镍N6焊接接头组织性能的影响[J]. 王希靖,柴廷玺,张东,赵青山,陈韩锋,段国武. 材料导报. 2015(18)
[2]考虑材料夹杂的接触问题数值分析[J]. 张生光,王文中,赵自强,孔凌嘉. 机械工程学报. 2015(02)
[3]非金属夹杂物对材料内局部应力集中的影响[J]. 冯磊,轩福贞. 机械工程学报. 2013(08)
本文编号：3493944
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
2CrMo钢疲劳断口源上的MgO.Al2O3晶体Fig.1-1Mgo.al2o3crystalonthefatiguefracturesourceof42CrMosteel
2接触力学的基本理论及有限元求解方法72接触力学的基本理论及有限元求解方法2.1引言生活中很多问题都可以归结为接触问题，其相关理论被应用到工程实际中的各个方面，例如齿轮轮齿啮合、电接触、车轮轨道接触等等。它们在运行期间发生大量接触行为，因此需要研究它们的接触规律，了解在它们运行过程中所需要注意的问题，避免事故发生。本章介绍了经典的赫兹理论以及它在两个常见的接触问题中的应用，对塑性屈服准则以及塑性本构原理进行了简单阐述，最后介绍了用有限元软件分析接触问题的具体步骤以及建模时需要考虑的问题。2.2接触力学的基本理论2.2.1赫兹理论1882年，Hertz在观察两个玻璃透镜间隙的Newton干涉条纹时，观察到透镜表面的接触压力会影响接触区域的弹性变形，经过大量的验证和研究后，提出Hertz理论[46]，在使用Hertz理论时，一般假设：（1）两物体的接触区域呈椭圆形状，且物体之间不产生刚性移动；（2）物体变形为小变形；（3）应力、应变呈线性关系;（4）不考虑物体间摩擦力的影响。图2-1为两个相互接触的物体变形后的示意图，假设接触表面是光滑的，虚线为变形之后的接触表面，a为接触区域半径，为的总的变形量，它由1、2构成，P为接触面受到的载荷。图2-1相互接触的两个物体的变形图Fig.2-1Deformationoftwoobjectsincontactwitheachother
2接触力学的基本理论及有限元求解方法15接触分析中三种非线性问题：（1）材料非线性（materialnonlinearity）:是指材料的应力应变关系是非线性的，如图2-8所示。材料发生破坏斜率为弹性模量E最大张力初始屈服应力图2-8轴向拉伸下弹塑性材料的应力应变曲线Fig.2-8Stress-straincurveofelastoplasticmaterialunderaxialtension（2）几何非线性:是指物体受载后整个结构位移发生了明显的改变，例如板壳的大挠度变形、大转动、大位移、突然翻转和几何刚化等问题都是几何非线性问题。如图2-9所示当梁端挠度较小时，梁体变形小，结构响应可以看作为线性关系，当梁端挠度过大时，梁体结构发生改变，此时响应不在呈线性，可以看作非线性问题去处理。图2-9悬臂梁的大挠度Fig.2-9Thelargedeflectionofacantileverbeam（3）边界条件非线性:是指在分析过程中，模型的边界条件会发生改变。如图2-10所示，悬臂梁受到载荷产生变形，在接触到障碍物之前，由于挠度较小，梁体结构响应呈线性，接触障碍物后，整个结构的边界条件发生改变，此时结构响应不在呈线性。图2-10碰到障碍物的悬臂梁Fig.2-10Thecantileverbeamthatmeetsanobstacle
【参考文献】：
期刊论文
[1]非金属夹杂物对纯镍N6焊接接头组织性能的影响[J]. 王希靖,柴廷玺,张东,赵青山,陈韩锋,段国武. 材料导报. 2015(18)
[2]考虑材料夹杂的接触问题数值分析[J]. 张生光,王文中,赵自强,孔凌嘉. 机械工程学报. 2015(02)
[3]非金属夹杂物对材料内局部应力集中的影响[J]. 冯磊,轩福贞. 机械工程学报. 2013(08)
本文编号：3493944
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