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典型韧性材料的细观力学场研究

宁庆坤  
【摘要】: 材料的破坏现象,是固体力学研究的核心问题之一。脆性断裂和韧性断裂为两种基本破坏形式。脆性断裂可以直接引起材料的失效;韧性断裂过程表现为材料在经过一定的塑流累计,最终引发裂纹失稳扩展。 材料的断裂现象主要取决于裂纹端点附近较小区域内材料的力学行为,因而从细观模型出发,选择合理的材料本构关系,用以研究韧性材料裂纹前缘的力学场是有意义的。 微孔洞的萌生、生长、融合是韧性材料损伤及裂纹扩展的主要原因,因此用G-T-N模型(修正后的Gurson模型)可以很好地描述金属的韧性断裂。本文基于细观力学模型,引入非经典本构模型和损伤理论,利用大型通用非线性有限元计算软件ABAQUS模拟典型韧性材料的实际力学场演化过程,分析了含中心穿透裂纹的裂纹板在裂纹尺寸2α=12、16、20mm三种情况下的力学场,给出了应力场、沿裂纹延长线的损伤变量分布和塑性应变分布,分析了不同的裂纹长度对应力分布的影响规律,清晰地显示了裂材料逐渐劣化直至失效的过程。最后分析了无限大板在小应力下的力学场,并与断裂力学的相关结论进行了对照分析。 本文的分析结果可以为更清楚地了解韧性材料裂纹前缘的力学机制提供帮助。


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