聚合物誘導(dǎo)裂紋閉合抗疲勞效應(yīng)的有限元模擬.pdf

1、聚合物誘導(dǎo)裂紋閉合抗疲勞效應(yīng)止裂技術(shù)是在裂紋中人工注入聚合物，待其固化后形成楔塊，誘發(fā)裂紋閉合效應(yīng)，從而降低應(yīng)力強(qiáng)度因子幅來實現(xiàn)裂紋的疲勞止裂的方法。大連理工大學(xué)化機(jī)系在國家自然科學(xué)基金、中石化科技創(chuàng)新基金等支持下對這種止裂方法進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，取得了一系列重要研究成果。國際上單秋成等課題組也對此方法進(jìn)行了深入研究。試驗研究表明：聚合物誘導(dǎo)裂紋閉合抗疲勞效應(yīng)止裂技術(shù)能夠有效地阻滯穿透裂紋和表面裂紋在疲勞載荷下的裂紋擴(kuò)展，甚至保持裂紋不擴(kuò)

2、展，是簡便有效的疲勞止裂技術(shù)。學(xué)者對此技術(shù)中楔塊與裂紋面力學(xué)作用機(jī)理方面的研究卻很少。本文借助ANSYS通用有限元軟件，對其作用機(jī)理進(jìn)行有限元研究，主要工作及結(jié)果包括： (1)利用Plane82單元建立了楔塊與單邊穿透裂2D接觸模型。采用罰函數(shù)法求解了接觸模型。計算時發(fā)現(xiàn)載荷加載緩慢，模型更易收斂。在保證程序收斂情況下接觸剛度越大越接近正確值，最后選取3。利用1/4位移奇異單元可以較好的處理裂紋尖端力學(xué)特性，得到與理論值相對誤差

3、小于1％的應(yīng)力強(qiáng)度因子(SIF)值。計算楔塊存在下裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子幅，與周明緒模型進(jìn)行對比，平均誤差約為3.8％，驗證了模型的正確性及指導(dǎo)工程實踐的可用性。 (2)確定了半橢圓表面裂紋有限元建立方法，選擇SOLID45和SOLID95單元借助ADPL語言建立了裂紋—楔塊接觸3D模型。計算不同裂紋長度下的SIF，與Newman—Raju公式計算值比較，在a向尺寸小于0.8板厚時符合較好。計算了楔塊存在下表面裂紋有效應(yīng)力強(qiáng)度因子幅，

4、與銀建中提出模型計算相比，平均相對誤差約為4.2％。驗證了模型的正確性及指導(dǎo)工程實踐的可用性。 (3)確定了加楔載荷(Riw)比及楔塊材質(zhì)是影響止裂效果的關(guān)鍵因素。Riw為0.8時，有效SIF幅為5.5-6.8 MPa·√m，非常接近裂紋擴(kuò)展門檻值；Riw為0.9時有效SIF幅約為3.8MPa·√m，低于門檻值，推薦工程使用0.9加楔載荷比。楔塊彈性模量越大，止裂效果越明顯。 (4)楔塊與裂紋面之間的作用力分布不均勻，單