功能梯度材料作為一種新型的復合多相材料,旨在滿足新時代國防及民生等高新技術領域對材料提出的苛刻要求,被認為是復雜工作條件下最有應用前景的復合材料之一。自從1987年日本科學家新野正之等提出功能梯度材料的概念之后,功能梯度材料已廣泛應用于微電子、核能源、航天工業(yè)、高溫結構等領域。功能梯度材料通常應用于復雜的工作環(huán)境中,與傳統(tǒng)復合材料存在很大區(qū)別,因此對功能梯度材料進行力學行為研究,尤其是對其疲勞裂紋擴展行為的研究具有重要的學術意義和工程應用背景。功能梯度材料最初旨在緩和熱應力,應用于高溫環(huán)境,特別適用于材料兩側溫差較大的環(huán)境。隨后,隨著功能梯度材料研究的不斷深人,其發(fā)展從概念上取得了一致并轉向對制備方法以及實際工程應用的研究。銅基碳化鎢（Cu/WCp）功能梯度材料具有良好的力學性能,從研發(fā)至今備受世界很多研究人員的關注。將碳化鎢（WCp）與導電導熱性能良好的銅（Cu）結合,按照實際的應用要求,熱壓燒結出WCp含量梯度分布的電接觸材料。從目前收集到的文獻看,國內外關于Cu/WCp功能梯度材料疲勞裂紋擴展方面的研究還是非常少的。由于Cu/WCp功能梯度材料具有非均勻性和可設計性,對Cu/WC... 

【文章來源】：昆明理工大學云南省

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

功能梯度材料的內部組織變化的示意圖

其力學行為相比較于普通復合材料有明顯的不同，具有非常強的非均質性，??這嚴重阻礙了?Ｃｕ／ＷＣｐ疊層功能梯度材料的大規(guī)模生產制備以及工業(yè)應用，疊層??功能梯度材料結構分類如圖１．２所示。在實際工程應用中，９０％的破壞是由疲勞??造成的，疲勞破壞一般由應力或應變較高的局部開始，形成裂紋即裂紋萌生［２５—２６］；??隨后，隨著疲勞裂紋的擴展，荷載逐步增加并達到臨界值，材料結構發(fā)生斷裂。??因此，從工程應用角度對Ｃｕ／ＷＣｐ疊層功能梯度材料進行力學性能研究，尤其是??疲勞裂紋擴展研究具有重要的學術意義和工程應用背景［２７］。??ｆ－．趣—她?ｕ??（Ａ）?（Ｂ）?（〇??連續(xù)變化?疊層式變化?連接??圖１．２功能梯度材料結構分類??１．１．３?ＦＲＡＮＣ２Ｄ數(shù)值模擬方法??近年來，隨著計算機科學、斷裂力學理論和實驗技術的迅速發(fā)展，科學家們??在各種高效算法上取得的突破并開始致力于斷裂軟件的開發(fā)。其中ＦＲＡＮＣ２Ｄ具??有涉及斷裂問題比較全面、價廉、操作簡單等優(yōu)點，逐漸引起國內外人員對其算??法與應用研究的興趣［２８］。??ＦＲＡＮＣ２Ｄ有限元軟件最早由美國康奈爾大學研制開發(fā)并運用在航天領域、??石油工業(yè)以及軍用飛行器領域［２９］，它采用了拓撲數(shù)據(jù)結構及模塊化的設計，具有??較強的建模及裂紋擴展分析能力。此軟件具有建模、應力分析、臨界ＣＯＤ的計??算、裂紋穩(wěn)定擴展模擬等功能，可以用于準靜態(tài)線彈性體或非線性體的裂紋擴展??的模擬。??由于該有限元軟件具有諸多優(yōu)點

裂紋擴展速率ｄａ／ｄＮ主要受到裂紋尖端的交變應力強度因子幅ＡＫ和交變載??荷的應力比Ｒ的控制。線彈性斷裂力學認為，在應力比不變的交變載荷的作用下，??ｄａ／ｄＮ隨ＡＫ的變化關系在雙對數(shù)坐標系上呈圖２．１所示的曲線。??＼ｏｇ（ｄａ／６Ｎ）??！?Ｉｌ／ｍ??Ｉ?／??喂糾＇??圖２．１疲勞裂紋擴展Ｉｇｇ｜）－ｌｇ（ＡＫ）關系曲線??ｄａ／ｄＮ－ＡＫ曲線分成三個階段：低速擴展段Ｉ、穩(wěn)定擴展段ＩＩ和快速擴展段ＩＩＩ，??階段Ｉ內，應力強度因子幅ＡＫ值很低，當ＡＫ小于裂紋擴展門檻值ＡＫｔｈ時，裂紋基??本不擴展；隨著ＡＫ繼續(xù)增大，裂紋擴展進入第ＩＩ區(qū)域，在這一階段一般認為??ｌｇ（ｄａ／ｄＮ）－ｌｇ（ＡＫ）呈現(xiàn)線性關系，描述這一階段一般采用Ｐａｒｉｓ公式［９８］：??ｆＮ?＝?Ｃ＿ｍ?（２－１）??１９??


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