裂紋尖端場的有限元分析與裂尖結構演化行為.pdf

1、金屬材料的強度與裂紋擴展行為密切相關。裂紋擴展過程中裂紋尖端存在著應力、應變集中，這使得裂紋尖端的局部應力、應變大于材料中其它區(qū)域的應力和應變。因此，在裂紋擴展的過程中，其尖端將會發(fā)生微結構演化。相關實驗和原子尺度模擬的結果表明：裂紋擴展過程中裂尖微結構演化有多種形式，包括位錯發(fā)射、孿晶形成以及裂尖相變等，而且這些微結構演化行為又與裂尖場的分布密切相關，可能對控制裂紋的擴展起到決定性作用。 本文應用有限元和連續(xù)介質力學的方法計算

2、了平面應變條件下體心立方鐵中不同取向裂紋的裂尖應力和應變場，從宏微觀相結合的角度分析了裂尖場分布與裂尖微結構演化的相互關聯。研究表明：{100}<110>Ⅰ型裂紋和{110}<110>Ⅰ型裂紋是正交各向異性材料，裂尖場關于裂紋面對稱，開裂角分別為30°和330°以及43°和317°。最大分切應力方向為54°和306°以及72°和288°。這種裂尖場的對稱分布導致裂尖微結構演化也關于裂紋面對稱分布。而{111}<110>Ⅰ型裂紋的裂尖場關

3、于裂紋面不對稱，開裂角為280°，最大分切應力方向為54°和306°。由于裂尖上部的分切應力分布與下部的分切應力不同，裂紋面上部將發(fā)生相變，而下部則發(fā)生孿晶。所以，裂尖塑性變形的方式與裂尖場的分布密切相關。由于裂尖塑性變形的產生，可能導致裂紋擴展路徑的改變。對于裂紋擴展行為的分析，必須綜合考慮裂尖場以及裂尖塑性變形的影響。 此外，運用彈塑性狀態(tài)下{110}<110>Ⅰ型裂紋的有限元分析，我們研究了裂尖馬氏體相變對裂紋擴展的影響。