裂紋尖端場的有限元分析與裂尖結(jié)構(gòu)演化行為.pdf

1、金屬材料的強(qiáng)度與裂紋擴(kuò)展行為密切相關(guān)。裂紋擴(kuò)展過程中裂紋尖端存在著應(yīng)力、應(yīng)變集中，這使得裂紋尖端的局部應(yīng)力、應(yīng)變大于材料中其它區(qū)域的應(yīng)力和應(yīng)變。因此，在裂紋擴(kuò)展的過程中，其尖端將會發(fā)生微結(jié)構(gòu)演化。相關(guān)實(shí)驗(yàn)和原子尺度模擬的結(jié)果表明：裂紋擴(kuò)展過程中裂尖微結(jié)構(gòu)演化有多種形式，包括位錯(cuò)發(fā)射、孿晶形成以及裂尖相變等，而且這些微結(jié)構(gòu)演化行為又與裂尖場的分布密切相關(guān)，可能對控制裂紋的擴(kuò)展起到?jīng)Q定性作用。 本文應(yīng)用有限元和連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的方法計(jì)算

2、了平面應(yīng)變條件下體心立方鐵中不同取向裂紋的裂尖應(yīng)力和應(yīng)變場，從宏微觀相結(jié)合的角度分析了裂尖場分布與裂尖微結(jié)構(gòu)演化的相互關(guān)聯(lián)。研究表明：{100}<110>Ⅰ型裂紋和{110}<110>Ⅰ型裂紋是正交各向異性材料，裂尖場關(guān)于裂紋面對稱，開裂角分別為30°和330°以及43°和317°。最大分切應(yīng)力方向?yàn)?4°和306°以及72°和288°。這種裂尖場的對稱分布導(dǎo)致裂尖微結(jié)構(gòu)演化也關(guān)于裂紋面對稱分布。而{111}<110>Ⅰ型裂紋的裂尖場關(guān)

3、于裂紋面不對稱，開裂角為280°，最大分切應(yīng)力方向?yàn)?4°和306°。由于裂尖上部的分切應(yīng)力分布與下部的分切應(yīng)力不同，裂紋面上部將發(fā)生相變，而下部則發(fā)生孿晶。所以，裂尖塑性變形的方式與裂尖場的分布密切相關(guān)。由于裂尖塑性變形的產(chǎn)生，可能導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展路徑的改變。對于裂紋擴(kuò)展行為的分析，必須綜合考慮裂尖場以及裂尖塑性變形的影響。 此外，運(yùn)用彈塑性狀態(tài)下{110}<110>Ⅰ型裂紋的有限元分析，我們研究了裂尖馬氏體相變對裂紋擴(kuò)展的影響。