二維裂紋擴展數(shù)值模擬及疲勞壽命預測.pdf

1、由于材料本身缺陷或加工過程中造成的損傷，結構內部不可避免地會存在微裂紋，在一定條件下微裂紋會不斷擴展、積聚匯合最終造成材料的斷裂失效。大量事故證明由初始裂紋擴展造成的低應力脆斷是工程結構的主要破壞模式，因此研究裂紋擴展規(guī)律、掌握裂紋斷裂特性具有重要的學術價值和工程應用背景。本文基于線彈性斷裂力學理論，借助ANSYS軟件平臺，利用APDL語言編制了專用分析程序，研究了二維裂紋擴展路徑模擬和疲勞壽命預測，取得如下研究成果:
　　1)針

2、對裂紋尖端奇異應力場，系統(tǒng)闡述了應力強度因子的數(shù)值計算方法，通過典型算例對位移外推法、裂紋張開位移法和J積分法進行了分析對比，同時研究了裂紋長度、構件幾何參數(shù)及外載對應力強度因子的影響。
　　2)為便于分析及應用，采用位移外推結合奇異單元在ANSYS平臺上編制了裂紋擴展路徑模擬專用程序。在裂紋擴展每一步中計算應力強度因子，根據最大周向應力準則判斷裂紋擴展方向并得到下一個裂尖位置，更新裂紋并重新劃分網格進行計算，如此循環(huán)直至滿足裂紋

3、失穩(wěn)擴展條件。將模擬結果與解析解或實驗數(shù)據進行比較驗證了算法及程序設計的正確性及有效性。
　　3)在上述裂紋擴展分析的基礎上引入等效應力強度因子，基于Paris準則建立了疲勞壽命預測模型，并應用該模型對等幅拉伸載荷作用下的穿透裂紋進行了數(shù)值模擬，與文獻中的參考結果吻合較好。此外，利用初應力法引入噴丸殘余應力場，探討了裂紋縱向擴展時表面殘余壓應力對疲勞壽命的影響，模擬結果表明，殘余壓應力對疲勞裂紋有明顯的抑制作用，當裂紋尖端越過壓應