27903.熱沖擊載荷下非均勻材料斷裂力學(xué)問題研究

1、國內(nèi)圖書分類：O34學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：531密級：公開工學(xué)博士學(xué)位論文工學(xué)博士學(xué)位論文熱沖擊載荷下非均勻材料斷裂力學(xué)問題研究博士研究生：張艷艷導(dǎo)師：張偉教授、果立成教授申請學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科、專業(yè)：固體力學(xué)所在單位：航天科學(xué)與力學(xué)系答辯日期：2014年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要摘要摘要非均勻材料相比于組份單一的均勻材料具有其獨特的性能。熱沖擊載荷是非均勻材料在服役過程中可能遇到的典型工況，可導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生極

2、大的溫度梯度和熱應(yīng)力，進(jìn)而引起非均勻材料斷裂失效。理解熱沖擊載荷下非均勻材料的斷裂行為對材料的設(shè)計和評價具有重要意義。目前，熱沖擊載荷作用下非均勻材料裂紋問題的研究仍然十分有限。本論文針對熱沖擊載荷作用下非均勻材料斷裂參數(shù)的獲取，復(fù)雜界面條件下裂紋擴(kuò)展規(guī)律分析、混合型多裂紋熱沖擊阻力等問題進(jìn)行了一系列研究。第1章介紹了本論文課題的研究目的和意義，回顧了國內(nèi)外非均勻材料熱斷裂力學(xué)的研究狀況，分析了現(xiàn)有熱沖擊載荷作用下非均勻材料斷裂行為研究

3、的不足，進(jìn)而確定了本論文的研究內(nèi)容。第2章提出了一種相互作用積分方法攝動解有限元法相結(jié)合的數(shù)值解析方法，對熱沖擊載荷作用下非均勻材料的熱斷裂力學(xué)問題進(jìn)行了研究。把瞬態(tài)溫度場的攝動解引入相互作用積分表達(dá)不同時刻熱應(yīng)力強(qiáng)度因子。把瞬態(tài)相互作用積分嵌入有限元程序，最終可以高效計算裂紋尖端的混合型瞬態(tài)熱應(yīng)力強(qiáng)度因子，利用該方法分析了幾何參數(shù)和材料屬性分布形式對瞬態(tài)熱應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響。該方法不僅成功地獲得了熱沖擊載荷作用下非均勻材料的斷裂參數(shù)，

4、而且能夠分析具有一般分布屬性非均勻材料的裂紋問題。第3章對熱沖擊載荷作用下含界面非均勻涂層基體系統(tǒng)的斷裂行為進(jìn)行了研究。給出了復(fù)雜界面條件下瞬態(tài)熱應(yīng)力強(qiáng)度因子的求解方法，瞬態(tài)溫度場通過有限差分有限元方法求解。本章方法不僅能夠成功地獲得了不同界面形式下非均勻材料裂紋尖端的斷裂參數(shù)，同時基于非均勻材料的斷裂韌性和已知瞬態(tài)熱應(yīng)力強(qiáng)度因子，分析了裂紋的擴(kuò)展規(guī)律，給出了裂紋擴(kuò)展過程中重要臨界參數(shù)(不同時刻裂紋擴(kuò)展的最大長度)，為模擬熱沖擊裂紋擴(kuò)展

5、解決了基礎(chǔ)性問題。第4章對含混合型多裂紋非均勻材料的熱沖擊阻力進(jìn)行了研究。基于應(yīng)力準(zhǔn)則和應(yīng)力強(qiáng)度因子準(zhǔn)則建立了含混合型周期裂紋非均勻材料的熱沖擊阻力模型，獲得了非均勻材料的熱沖擊阻力曲線，預(yù)測了非均勻材料能承受的最大溫差，同時研究了非均勻材料屬性分布形式對熱沖擊阻力曲線的影響，并分析了裂紋間距、裂紋長度和裂紋傾角對瞬態(tài)熱應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響。本章方法可以為熱沖擊載荷作用下非均勻材料的斷裂評價提供設(shè)計依據(jù)。第5章對含顆粒非均勻材料熱沖擊裂紋