非均质材料构件裂纹驱动力数值模拟研究

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大量的断裂事故分析表明,非均质材料的交界处往往是断裂的多发区,如焊接结构的断裂多起源于焊接接头区域的微小裂纹,双相介质材料的破坏常发生在界面附近。这些区域存在材料组织和力学性能的不均匀性,因此对结构的断裂行为带来很大的影响。这一问题近年来引起国内外研究者的高度重视。 本研究利用ANSYS有限元软件计算和分析裂纹驱动力参量J积分。并对标准断裂力学试样J积分的数值模拟和EPRI估算方法进行分析比较。结果表明,ANSYS的数值模拟结果与EPRI估算公式的计算结果基本接近,证明用该软件对J积分进行数值模拟是可行的。 本研究对含有横向裂纹焊接接头的力学性能不均匀性进行分析,讨论焊缝强度组配和焊缝宽度对J积分的影响规律。结果表明,相同裂纹尺寸和相同载荷下,低组配接头的裂纹驱动力高于等组配接头的裂纹驱动力;高组配接头的裂纹驱动力小于等组配接头的裂纹驱动力。低组配焊接接头中宽焊缝的裂纹驱动力高于窄焊缝的裂纹驱动力;高组配焊接接头中宽焊缝的裂纹驱动力低于窄焊缝的裂纹驱动力。 本研究对双相介质材料中的裂纹驱动力参量进行分析,研究J积分随双相界质材料特性的差异和裂纹到界面距离的变化规律。结果表明,裂纹位于较硬介质中的裂纹驱动力小于裂纹位于较软介质中的裂纹驱动力。远离界面时的裂纹驱动力比靠近界面时的裂纹驱动力大。当裂纹远离界面时,裂纹驱动力几乎不受另一侧材料属性的影响;当裂纹靠近界面时,较硬介质中裂纹驱动力将增大,而较软介质中裂纹驱动力将减小。
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