考慮摩擦的材料界面裂紋疲勞特性分析.pdf

1、本研究課題來源于甘肅省自然科學(xué)基金及教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目。因復(fù)合材料構(gòu)件在工作過程中界面處會(huì)因外載荷的作用而產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，出現(xiàn)摩擦接觸。為提高復(fù)合材料構(gòu)件的使用強(qiáng)度和延長(zhǎng)工作壽命，對(duì)摩擦接觸下的材料界面裂紋疲勞特性的研究是十分必要的。
　　本文基于彈性理論，以材料界面斷裂理論和摩擦理論為依據(jù)，以材料界面構(gòu)件為具體的研究對(duì)象，采用有限元數(shù)值模擬計(jì)算方法，研究裂紋面摩擦對(duì)材料界面裂紋疲勞特性的影響。在材料界面裂紋建模的過程中，主要采用A

2、NSYS有限元分析軟件建立復(fù)合材料模型及界面裂紋模型，并在界面裂紋面設(shè)置摩擦接觸。已有大量的實(shí)驗(yàn)證明，裂紋面摩擦系數(shù)f=0.2～0.6，本文取f=0.2、0.25、0.3、0.35、0.4。應(yīng)用ANSYS軟件 APDL程序化語言進(jìn)行編程對(duì)裂尖進(jìn)行奇異化處理，計(jì)算裂紋尖端斷裂控制參量，研究了不同裂紋面摩擦系數(shù)f及不同界面裂紋尺寸參數(shù)（a/w）下，裂紋尖端位移、等效應(yīng)力和應(yīng)力強(qiáng)度因子的變化趨勢(shì)。還應(yīng)用ABAQUS軟件分析研究了材料界面裂紋在

3、不同裂紋面摩擦系數(shù)f下，裂紋具體的擴(kuò)展路徑，并計(jì)算了f=0、0.2、0.4、0.6時(shí)的裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度。然后在單裂紋研究成果的基礎(chǔ)上，以輪軌界面多裂紋為研究對(duì)象，預(yù)制界面裂紋與平面夾角呈45o，設(shè)置輪軌界面摩擦接觸及鋼軌裂紋面摩擦接觸，拓展研究了材料界面多裂紋在考慮摩擦接觸條件下裂紋間的相互影響情況，得到多裂紋對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響結(jié)果以及裂紋之間相互影響的結(jié)果。
　　本文得到的主要成果有：
　?。?）相同裂紋尺寸參數(shù)下，隨著裂紋面摩

4、擦系數(shù)的增大，裂紋尖端位移、等效應(yīng)力和應(yīng)力強(qiáng)度因子會(huì)減??；
　?。?）裂紋面摩擦系數(shù)不變，裂紋尺寸參數(shù)變化時(shí)，裂紋尖端位移、等效應(yīng)力和應(yīng)力強(qiáng)度因子呈現(xiàn)波動(dòng)的變化。
　?。?）裂紋面摩擦對(duì)裂紋擴(kuò)展行為具有阻礙作用，裂紋尖端應(yīng)力分布會(huì)隨著裂紋面摩擦系數(shù)的增加呈遞減趨勢(shì)；
　?。?）裂紋面摩擦也可以被人為地利用來提高結(jié)構(gòu)的承載能力，延長(zhǎng)機(jī)械零部件的使用壽命，具有很大的工程實(shí)用價(jià)值。
　?。?）考慮摩擦接觸，多裂紋更具有