疲勞裂紋擴展仿真方法研究.pdf

1、隨著斷裂力學(xué)理論的發(fā)展，越來越多的學(xué)者傾向于應(yīng)用斷裂力學(xué)理論來解決工程結(jié)構(gòu)疲勞和斷裂問題。然而，疲勞實驗對材料和環(huán)境設(shè)備要求較高，可重復(fù)性差。因此，采用有限元仿真軟件模擬出的斷裂參數(shù)和疲勞裂紋擴展，可以彌補實驗測量條件的不足，以最終避免疲勞斷裂問題中的復(fù)雜的不確定因素，降低工程結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測的分散性。
　　論文利用通用有限元軟件，對裂紋尖端的斷裂參數(shù)和裂紋擴展過程進行仿真，并將仿真結(jié)果與理論值、實驗值相比較；在此基礎(chǔ)上，對不同有

2、限元方法、不同斷裂判據(jù)、不同裂紋擴展模型進行對比研究。現(xiàn)將本文主要研究內(nèi)容和研究結(jié)論總結(jié)如下：
　　一、對常用斷裂參數(shù)和裂紋擴展仿真的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行了綜述，并簡要的梳理了有限元仿真方法的相關(guān)理論及其在斷裂力學(xué)中的應(yīng)用概況。
　　二、基于通用有限元軟件ANSYS（14.5版本），求解了平面裂紋和三維裂紋的應(yīng)力強度因子K，探討了不同載荷和裂尖角度下K值的變化規(guī)律。通過對比不同路徑的J積分計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)：積分路徑取為2/5個裂紋

3、長度時，J積分的數(shù)值最接近理論解；通過相互積分法求得的K值比通過經(jīng)典位移插值法求得的結(jié)果更為精確和簡便。
　　三、針對高強度鋼Q370的三點彎曲試樣進行了裂紋擴展實驗，回歸了Paris公式中的雙對數(shù)曲線，并測定了裂紋擴展的應(yīng)力強度因子門檻值Kth。同時，采用外差法和相互積分法求解了裂紋擴展過程中的K值，回歸了雙對數(shù)曲線，并進行誤差分析。通過對比發(fā)現(xiàn)，采用相互積分法計算的K值比外差法的計算結(jié)果更為精確，由此回歸的雙對數(shù)曲線累積誤差也