裂紋尖端激光止裂的數(shù)值模擬及分析.pdf

1、類(lèi)似裂紋的缺陷大量地存在于材料和工程結(jié)構(gòu)中，裂紋不僅降低了材料和工程結(jié)構(gòu)的承載能力，而且在服役過(guò)程中裂紋尖端會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中，往往會(huì)造成結(jié)構(gòu)件的斷裂破壞，甚至誘發(fā)災(zāi)難性事故，因此，研究如何阻止裂紋擴(kuò)展具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　裂紋尖端區(qū)域是整個(gè)裂紋體中最危險(xiǎn)的區(qū)域，所以研究如何阻止裂紋尖端失穩(wěn)擴(kuò)展是裂紋止裂的關(guān)鍵。目前，由于實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性和經(jīng)濟(jì)性，數(shù)值模擬方法成為開(kāi)展裂紋止裂研究的有效手段，本文基于ABAQUS平臺(tái)，采用常規(guī)

2、有限元分析方法和擴(kuò)展有限元分析方法分別對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)靜止裂紋和準(zhǔn)靜態(tài)擴(kuò)展裂紋進(jìn)行裂紋尖端激光止裂研究。
　　首先，對(duì)裂紋尖端激光止裂過(guò)程當(dāng)中的溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。在數(shù)值模擬過(guò)程中，基于ABAQUS平臺(tái)調(diào)用VisualFortran中編制的激光熱源用戶子程序，考慮材料各物理參數(shù)隨溫度的變化，為了提高計(jì)算精度、減少計(jì)算時(shí)間，對(duì)模型進(jìn)行分割，對(duì)裂紋尖端網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化，通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)果的后處理，給出各節(jié)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化的分布曲線。
　　其

3、次，基于溫度場(chǎng)模擬結(jié)果，通過(guò)熱力順序耦合對(duì)殘余應(yīng)力場(chǎng)分布進(jìn)行了數(shù)值模擬。在數(shù)值模擬過(guò)程中，分析連續(xù)激光熱源和脈沖激光熱源對(duì)殘余應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)果的影響，并且分析不同裂紋長(zhǎng)度對(duì)裂紋尖端殘余應(yīng)力場(chǎng)分布的影響，結(jié)果表明:在不考慮脈沖激光沖擊波壓力的前提下，裂紋尖端連續(xù)激光和脈沖激光止裂的殘余應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)果相同;裂紋長(zhǎng)度越小，裂紋擴(kuò)展方向及厚度方向上的殘余壓應(yīng)力值越大。
　　再次，通過(guò)常規(guī)有限元分析方法獲得準(zhǔn)靜態(tài)靜止裂紋的裂紋尖端張開(kāi)角度CT

4、OA及J積分結(jié)果。結(jié)果表明:裂紋尖端激光止裂前、后，裂紋尖端最危險(xiǎn)區(qū)域均為中間層;止裂后，裂紋尖端失穩(wěn)擴(kuò)展的臨界載荷增大，試件的承載能力隨之增強(qiáng);此外，J積分分析表明，止裂處理后裂紋尖端存在閉合趨勢(shì)。
　　最后，通過(guò)擴(kuò)展有限元分析方法獲得準(zhǔn)靜態(tài)擴(kuò)展裂紋的裂紋尖端張開(kāi)位移CTOD及J積分結(jié)果。結(jié)果表明:止裂后，裂紋尖端失穩(wěn)擴(kuò)展的臨界載荷增大，試件的承載能力隨之增強(qiáng);此外，J積分分析表明，止裂處理后裂紋尖端存在閉合趨勢(shì)。
　　總