基于塑性力学新方法的弹塑性断裂研究

【摘要】：摘要：材料或结构中的缺陷来源于材料本身的冶金缺陷或加工、制造、装配以及使用过程中的损伤,有的直接以裂纹的形式存在,有的是在疲劳载荷的作用下形成的裂纹,有的是在疲劳载荷和残余应力场的联合作用下逐渐形成的裂纹。结构缺陷萌发和扩展为裂纹具有严重的危害性,一方面在于它严重削弱了机械结构的承载能力和耐腐蚀能力,另一方面伴随使用过程中产生的应力集中,将诱发设备发生低应力破坏,甚至导致突发性灾难性事故。因此,研究裂纹问题具有重要的理论意义和工程应用价值。 因裂纹导致的断裂形式有多种,已有的断裂判据目前都是只适用于某些特定的裂纹问题,断裂判据本身的局限性使得其应用往往不普遍。很难找到一种适用于大多数裂纹问题的断裂判据和断裂理论。本文从裂纹尖端应力场出发,运用塑性力学新方法结合实验数据对弹塑性断裂问题进行理论分析与数值模拟,主要的研究内容与结果如下： (1)回顾了线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学的发展和研究概况,并介绍了有限元方法在断裂力学中的应用概况。 (2)系统介绍了塑性力学求解新方法,新方法的统一基本方程组,统一方程组的物理解释和求解方法。 (3)基于塑性力学求解新体系,通过ANSYS计算弹塑性断裂问题的裂纹尖端应力场,与经典方法求出的应力场进行对比分析。 (4)运用用塑性力学新方法计算大范围屈服纯Ⅰ型断裂问题的应力强度因子,计算出用应力强度因子表示的纯Ⅰ型断裂临界值。 (5)依据新方法建立用应力强度因子分量表示的Ⅰ+Ⅱ复合型弹塑性断裂判据,并用已有试验结果验证了断裂判据的适用性及准确性。