功能梯度材料作為一種新型的復(fù)合多相材料,旨在滿足新時(shí)代國防及民生等高新技術(shù)領(lǐng)域?qū)Σ牧咸岢龅目量桃?被認(rèn)為是復(fù)雜工作條件下最有應(yīng)用前景的復(fù)合材料之一。自從1987年日本科學(xué)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(yīng)用于微電子、核能源、航天工業(yè)、高溫結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。功能梯度材料通常應(yīng)用于復(fù)雜的工作環(huán)境中,與傳統(tǒng)復(fù)合材料存在很大區(qū)別,因此對功能梯度材料進(jìn)行力學(xué)行為研究,尤其是對其疲勞裂紋擴(kuò)展行為的研究具有重要的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用背景。功能梯度材料最初旨在緩和熱應(yīng)力,應(yīng)用于高溫環(huán)境,特別適用于材料兩側(cè)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(zhuǎn)向?qū)χ苽浞椒ㄒ约皩?shí)際工程應(yīng)用的研究。銅基碳化鎢（Cu/WCp）功能梯度材料具有良好的力學(xué)性能,從研發(fā)至今備受世界很多研究人員的關(guān)注。將碳化鎢（WCp）與導(dǎo)電導(dǎo)熱性能良好的銅（Cu）結(jié)合,按照實(shí)際的應(yīng)用要求,熱壓燒結(jié)出WCp含量梯度分布的電接觸材料。從目前收集到的文獻(xiàn)看,國內(nèi)外關(guān)于Cu/WCp功能梯度材料疲勞裂紋擴(kuò)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(shè)計(jì)性,對Cu/WC... 

【文章來源】：昆明理工大學(xué)云南省

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

功能梯度材料的內(nèi)部組織變化的示意圖

其力學(xué)行為相比較于普通復(fù)合材料有明顯的不同，具有非常強(qiáng)的非均質(zhì)性，??這嚴(yán)重阻礙了?Ｃｕ／ＷＣｐ疊層功能梯度材料的大規(guī)模生產(chǎn)制備以及工業(yè)應(yīng)用，疊層??功能梯度材料結(jié)構(gòu)分類如圖１．２所示。在實(shí)際工程應(yīng)用中，９０％的破壞是由疲勞??造成的，疲勞破壞一般由應(yīng)力或應(yīng)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(kuò)展，荷載逐步增加并達(dá)到臨界值，材料結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂。??因此，從工程應(yīng)用角度對Ｃｕ／ＷＣｐ疊層功能梯度材料進(jìn)行力學(xué)性能研究，尤其是??疲勞裂紋擴(kuò)展研究具有重要的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)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(jié)構(gòu)分類??１．１．３?ＦＲＡＮＣ２Ｄ數(shù)值模擬方法??近年來，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)、斷裂力學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的迅速發(fā)展，科學(xué)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(jià)廉、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，逐漸引起國內(nèi)外人員對其算??法與應(yīng)用研究的興趣［２８］。??ＦＲＡＮＣ２Ｄ有限元軟件最早由美國康奈爾大學(xué)研制開發(fā)并運(yùn)用在航天領(lǐng)域、??石油工業(yè)以及軍用飛行器領(lǐng)域［２９］，它采用了拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及模塊化的設(shè)計(jì)，具有??較強(qiáng)的建模及裂紋擴(kuò)展分析能力。此軟件具有建模、應(yīng)力分析、臨界ＣＯＤ的計(jì)??算、裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展模擬等功能，可以用于準(zhǔn)靜態(tài)線彈性體或非線性體的裂紋擴(kuò)展??的模擬。??由于該有限元軟件具有諸多優(yōu)點(diǎn)

裂紋擴(kuò)展速率ｄａ／ｄＮ主要受到裂紋尖端的交變應(yīng)力強(qiáng)度因子幅ＡＫ和交變載??荷的應(yīng)力比Ｒ的控制。線彈性斷裂力學(xué)認(rèn)為，在應(yīng)力比不變的交變載荷的作用下，??ｄａ／ｄＮ隨ＡＫ的變化關(guān)系在雙對數(shù)坐標(biāo)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(kuò)展Ｉｇｇ｜）－ｌｇ（ＡＫ）關(guān)系曲線??ｄａ／ｄＮ－ＡＫ曲線分成三個(gè)階段：低速擴(kuò)展段Ｉ、穩(wěn)定擴(kuò)展段ＩＩ和快速擴(kuò)展段ＩＩＩ，??階段Ｉ內(nèi)，應(yīng)力強(qiáng)度因子幅ＡＫ值很低，當(dāng)ＡＫ小于裂紋擴(kuò)展門檻值ＡＫｔｈ時(shí)，裂紋基??本不擴(kuò)展；隨著ＡＫ繼續(xù)增大，裂紋擴(kuò)展進(jìn)入第ＩＩ區(qū)域，在這一階段一般認(rèn)為??ｌｇ（ｄａ／ｄＮ）－ｌｇ（ＡＫ）呈現(xiàn)線性關(guān)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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