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裂纹尖端应变能与热量的分析研究

莫铁根  
【摘要】: 本文主要分析了高周疲劳振动下圆形裂纹尖端塑性区的塑性应变能及发热量问题。应用ANSYS软件系统对含微小圆形裂纹(直径为12μm到1mm)的非标准金属材料试件进行分析,得到了振动载荷(20KHz)下该试件裂纹尖端应力强度因子(SIF)的规律。由于ANSYS软件计算圆形裂纹直径一般不少于120μm,通过理论等价后,可成功地算出与材料夹杂同等尺寸大小的裂纹的应力强度因子。文章还就裂纹的边界条件、模拟裂纹尖端奇异性的奇异单元长度、裂纹的位置和尺寸等方面对应力强度因子计算结果的影响规律进行了分析。对理想塑性材料可以推导出与应力强度因子相关的塑性区体积表达式和循环载荷下的当量应变,进一步计算出塑性区体积在疲劳循环载荷下的塑性应变能。该应变能最终以热量的形式表现出来,计算结果显示单位时间应变能转变为热量的数值与实验时机器所消耗的功率较好地保持在同一数量级,表明本文模拟计算的正确性。所以,本文的研究分析为红外探测方法确定高频振动下裂纹大小和位置的研究准备了参考数据,也为探讨振动疲劳下裂纹萌生机理提供了有力信息。


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