NAFM試樣三維斷裂分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、目前,二維斷裂力學(xué)的理論研究已經(jīng)較為成熟,而對于三維斷裂力學(xué)的理論研究卻還十分有限。人們在解決工程實(shí)際中三維裂紋的斷裂問題時(shí),通常是將其簡化為二維斷裂問題來求解,這往往會因忽視三維裂紋的一些本質(zhì)特性而使結(jié)果不準(zhǔn)確。因此本文提出一種三維斷裂實(shí)驗(yàn)試樣并對其展開計(jì)算斷裂分析與實(shí)驗(yàn)研究,具有一定的理論和實(shí)際意義。
　　首先,對傳統(tǒng)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)試樣進(jìn)行分析,針對它們存在的不足提出本文所研究試樣的幾何模型及加載裝置。確定實(shí)驗(yàn)所用材料,通過材料拉伸

2、實(shí)驗(yàn)測定材料的機(jī)械性能參數(shù)。
　　其次,分析幾種經(jīng)典數(shù)值計(jì)算方法的優(yōu)缺點(diǎn),選擇J積分法作為本文的計(jì)算方法,證明J積分法的三維守恒性,為J積分法應(yīng)用到三維計(jì)算斷裂分析中提供理論基礎(chǔ)。利用大型有限元分析軟件ABAQUS建立了試樣的斷裂分析模型,并借助退化單元模擬了裂紋尖端的奇異性,以確保計(jì)算斷裂分析結(jié)果準(zhǔn)確。先在平面應(yīng)變條件下對斷裂分析模型進(jìn)行計(jì)算斷裂分析并與二維的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行對比,驗(yàn)證本文斷裂分析模型的正確性;之后分別對斷裂分析模型

3、進(jìn)行Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ+Ⅱ、Ⅰ+Ⅲ型加載,分析裂紋尖端應(yīng)力分布,說明裂紋前緣的三維效應(yīng);最后,計(jì)算得出不同類型裂紋前緣的無量綱應(yīng)力強(qiáng)度因子。
　　第三,對斷裂分析模型進(jìn)行Ⅰ、Ⅱ、Ⅰ+Ⅱ型裂紋的起裂分析,利用Richard斷裂準(zhǔn)則預(yù)測Ⅰ、Ⅱ、Ⅰ+Ⅱ型裂紋的起裂角。
　　最后,針對三維斷裂實(shí)驗(yàn)試樣進(jìn)行了預(yù)制疲勞裂紋實(shí)驗(yàn),將符合實(shí)驗(yàn)要求的疲勞裂紋試樣分別進(jìn)行Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅰ+Ⅱ型、Ⅰ+Ⅲ型、Ⅲ型加載,并測量不同類型裂紋的起裂角,通過實(shí)驗(yàn)