双材料表面裂纹应力强度因子的数值研究

论文摘要

随着现代工业的发展,层合材料的应用越来越广泛,研究层合材料界面结合处的断裂力学强度,不仅具有理论意义,而且也为层合材料的设计和制备建立分析了基础。本文采用有限元法对双材料表面裂纹的应力强度因子进行数值分析研究,为层合材料的研究和制备建立数值理论基础。本研究采用交互积分法实现了拉应力和热应力下的应力强度因子的求解,又利用自编的程序采用位移外推法计算了热冲击下的应力强度因子随时间的动态变化,实现了热力耦合场下应力强度因子的精确计算,主要工作和成果如下:(1)阐述了交互积分法和位移外推法两种求解三维界面裂纹应力强度因子方法,并利用算例进行了验证。(2)对于拉应力作用下的双材料表面裂纹,利用交互积分法分析了不同长短轴比,不同模型厚度,不同弹性模量比条件下应力强度因子的变化规律。(3)对于热应力作用下的双材料表面裂纹应力强度因子,同样利用交互积分法分析了热力场耦合情况下不同长短轴比,不同模型厚度,不同弹性模量比条件下应力强度因子的变化规律。(4)首先使用位移外推法研究了热冲击下单材料二维单边裂纹应力强度因子的动态变化过程,并与已有结果相比较,验证了位移外推法在热冲击情况下的可行性,然后利用该方法由浅到深的分析了双材料二维裂纹和双材料表面裂纹在热冲击作用下的应力强度因子的变化规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状与趋势
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究背景与意义
• 1.4 课题来源及论文内容安排
• 第2章 应力强度因子的求解方法及验证
• 2.1 界面裂纹应力强度因子
• 2.1.1 应力强度因子类型
• 2.1.2 应力强度因子的定义
• 2.2 位移法求解应力强度因子
• 2.3 交互积分法求解应力强度因子
• 2.4 方法验证
• 2.4.1 问题描述
• 2.4.2 两种方法的计算结果及对比
• 2.5 小结
• 第3章 拉应力作用下的双材料表面裂纹应力强度因子
• 3.1 引言
• 3.2 模型描述
• 3.3 应力强度因子随长短轴比的变化
• 3.4 应力强度因子随厚度的变化
• 3.5 应力强度因子随弹性模量比的变化
• 3.6 小结
• 第4章 热应力作用下的双材料表面裂纹应力强度因子
• 4.1 引言
• 4.2 模型描述
• 4.3 应力强度因子随长短轴比的变化
• 4.4 应力强度因子随厚度的变化
• 4.5 应力强度因子随弹性模量比的变化
• 4.6 小结
• 第5章 热冲击下的双材料表面裂纹应力强度因子
• 5.1 引言
• 5.2 单一材料裂纹在热冲击下的应力强度因子
• 5.3 双材料裂纹在热冲击下的应力强度因子
• 5.4 双材料表面裂纹受热冲击时的应力强度因子
• 5.5 小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文的主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录1 ANSYS 位移外推法求解应力强度因子命令流
• 附录2 ANSYS 网格导入ABAQUS 命令流
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果
• 致谢