表面納米化技術在抗斷裂及疲勞設計中的應用.pdf

1、碩士學位論文表面納米化技術在抗斷裂及疲勞設計中的應用AnApplicationofTechniqueofSurfaceSelfnanocrystallizationintheDesignofAntifracturingandAntifatiguingStructures學21303066指導教師：途逝生麴握一完成日期：呈Q!魚!Q量!至曼大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學位論文摘要由于

2、加工工藝、環(huán)境條件和結構疲勞等的原因，裂紋在工程材料中萌生和擴展，最終引起構件或者結構的破壞。316L鋼在經(jīng)過表面納米技術后，獲得更好的力學性能，材料的彈性模量增大，屈服極限及強度極限都有很大提高。本文利用斷裂力學知識及表面納米技術得到的新的材料性能參數(shù)，對含裂紋結構進行止裂設計及提高結構的疲勞壽命。本文主要研究內(nèi)容及結論如下：(1)提出一種表面納米化方法，用于平面狀態(tài)條件下的抗斷裂設計。以平面直裂紋尖端附近表面納米材料區(qū)域的形狀和尺寸

3、(參數(shù))作為設計變量，以裂紋尖端的彈塑性斷裂韌性J積分作為目標函數(shù)，并以邊界條件，荷載形式等作為約束條件，對平面應變狀態(tài)下的二維裂紋問題進行表面納米化設計和分析。結果表明，隨著表面納米材料區(qū)域面積的增加，J積分值減小，面積增大到一定程度時，趨于穩(wěn)定；在表面納米材料區(qū)域面積不變的情況下，分別討論了表面納米材料區(qū)域形狀分別為菱形、橢圓、矩形和心型等對J積分的影響，并進行了比較。計算結果表明，J積分降低程度由高至低依次為：心形、矩形、橢圓形、

4、菱形。這說明表面納米化可用于平面應變狀態(tài)下含裂紋金屬薄板的抗斷裂設計。(2)提出一種含貫穿裂紋空間板結構的表面納米化方法抗斷裂設計。根據(jù)二維平面應變直裂紋問題的結論，針對相同尺寸的金屬板，進行三維建模，并把結構分為三層，在結構的兩個表層進行表面納米材料的形狀和尺寸設計，計算三維裂紋的J積分。結果表明，三維裂紋尖端的J積分變化規(guī)律與二維一致；另外，還研究了不同位置表面納米區(qū)域對J積分的影響，結果表明，表面納米材料區(qū)域與裂紋尖端越遠J積分值