钢构件双侧裂纹断裂试验及裂纹扩展仿真分析-固体力学专业论文.docxVIP

万方数据 合 肥 工 业 大 学 学历硕士学位论文 钢构件双侧裂纹断裂试验 及裂纹扩展仿真分析 作者姓名： 严伟 指导教师： 胡宗军 副教授 学科专业： 固体力学 研究方向：工程结构数值分析与计算机辅助 工程 2014 年 4 月  A Dissertation Submitted for the Degree of Master Experiment and Simulation Analysis for Bilateral Crack Propagation in Steel Fracture By Yan Wei Hefei University of Technology Hefei, Anhui, P.R.China 04, 2014   致 谢 本文是在导师牛忠荣教授和胡宗军副教授的悉心指导下完成的。首先感谢牛 老师和胡老师对我的辛勤教育和培养。在读研期间，无论在学术上还是生活上都 得到了牛老师和胡老师极大的关怀和帮助，导师渊博的知识，严谨的学术作风给 作者留下了深刻印象，使作者获益良多，作者取得的每一点进步都离不开导师的 努力和汗水，再次向牛老师和胡老师表示最诚挚的感谢和崇高的敬意。 论文的试验及数值模拟得到了陈凯升同学的无私帮助，非常感谢！ 在此还要感谢周焕林教授、盛宏玉教授、刘一华教授、王左辉教授、王建国 教授、程长征教授、柳兆涛副教授、巫绪涛副教授，感谢固体力学组所有给予支 持和帮助的同学。 作者：严伟 2014 年 4 月 I  II 万方数据 摘 要 工程材料 的损伤 和裂 纹扩展是 密切相 关的 ，造成 裂纹扩 展的原 因复杂多 样，但 是主要 归结于 裂纹尖端 非常小 的区 域 内的应 力、应变场 的变化以 及微 观结构的 损伤 。在某 些先进材 料和结 构中 ，常常 会存在 由于材 料的不连 续性 或几何形 状突变 引起 的奇点 ，如 缺口 、界 面及界面 端等 ，破坏 均由此处 开始。 由于奇点 附近的 应力 非常大 ，会导 致裂纹 的萌生或 者扩展 ，从 而大大降 低材 料或构件 的承载 能力 。因此 ，对裂 缝和其 扩展行为 的研究 将在 一定程度 上对 产品的整 个生命 周期 的改善有 积极的 作用 。 本文对钢 构件 双 侧裂 纹在拉伸 载荷作 用下 的裂纹扩 展???行 试验 研究，同 时采用有 限元软件对 试件的裂 纹扩展 进行 仿真分析 。将 试验结 果与有限 元软 件模拟结 果进行 对比 分析，从而预 测 双侧 裂纹构件 在拉荷 载作 用下的裂 纹扩 展规律和 路径。 本文 首先 从线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学 两个 角度 介绍了 断裂力 学的基本 理论以 及断 裂准则 ，分析 了断裂 力学的基 本模型 ，简 要介绍了 复合 型裂纹的 断裂 ，归纳 得出钢构 件双侧 裂纹 试验的三 种模型 ，设 计出合理 的试 样尺寸以 及试验 夹具 ；应用 岛津试 验机测得试验材 料的性 能参 数 ；处 理双侧 裂纹试验 所得的 数据 ，得出 裂纹起 裂时的 最大拉力 并绘制 出裂 纹扩展过 程中 的力—— 时间曲 线；最后运用 Abaqus有 限 元软件的 XFEM扩 展 有限元模 块对 断裂试验 作数值 模拟 ，得到 不同裂 纹间距 下裂纹起 裂时的 最大 拉力 ，将数值 模拟的结 果与试 验结 果对比 。 基于试验 ， 所选试样尺寸形式及试验夹具的设计能很好的反映 ??型裂纹的扩 展情况。对比试 验结 果，对 于双侧 裂纹 ， 其扩展 路径随 着间 距 的增大 有所不 同，但 是裂纹 起裂时 的最大拉 力基本 相同 。最大 拉力数 值模拟 结果与试 验数 值吻合较 好。 关键词： 裂纹扩展， 双侧裂纹 ，断裂 试验 ，有限元 软件ABAQUS   PAGE 6 万方数据 ABSTRACT Damage and crack propagation of engineering materials is closely related .The reasons for crack propagation are complicated, but propagation is mainly due to the change of stress,strain and microstructure damage of very small area in crack tip. The complex engineering structure is generally composed of simple elements, such as the connecting pieces, beam, and rod etc. In some adva