【摘 要】
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工程材料的损伤和裂纹扩展是密切相关的,造成裂纹扩展的原因复杂多样,但是主要归结于裂纹尖端非常小的区域内的应力、应变场的变化以及微观结构的损伤。在某些先进材料和结构
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工程材料的损伤和裂纹扩展是密切相关的,造成裂纹扩展的原因复杂多样,但是主要归结于裂纹尖端非常小的区域内的应力、应变场的变化以及微观结构的损伤。在某些先进材料和结构中,常常会存在由于材料的不连续性或几何形状突变引起的奇点,如缺口、界面及界面端等,破坏均由此处开始。由于奇点附近的应力非常大,会导致裂纹的萌生或者扩展,从而大大降低材料或构件的承载能力。因此,对裂缝和其扩展行为的研究将在一定程度上对产品的整个生命周期的改善有积极的作用。 本文对钢构件双侧裂纹在拉伸载荷作用下的裂纹扩展进行试验研究,同时采用有限元软件对试件的裂纹扩展进行仿真分析。将试验结果与有限元软件模拟结果进行对比分析,从而预测双侧裂纹构件在拉荷载作用下的裂纹扩展规律和路径。 本文首先从线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学两个角度介绍了断裂力学的基本理论以及断裂准则,分析了断裂力学的基本模型,简要介绍了复合型裂纹的断裂,归纳得出钢构件双侧裂纹试验的三种模型,设计出合理的试样尺寸以及试验夹具;应用岛津试验机测得试验材料的性能参数;处理双侧裂纹试验所得的数据,得出裂纹起裂时的最大拉力并绘制出裂纹扩展过程中的力——时间曲线;最后运用Abaqus有限元软件的XFEM扩展有限元模块对断裂试验作数值模拟,得到不同裂纹间距下裂纹起裂时的最大拉力,将数值模拟的结果与试验结果对比。 基于试验,所选试样尺寸形式及试验夹具的设计能很好的反映?型裂纹的扩展情况。对比试验结果,对于双侧裂纹,其扩展路径随着间距的增大有所不同,但是裂纹起裂时的最大拉力基本相同。最大拉力数值模拟结果与试验数值吻合较好。
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