本文關(guān)鍵詞：γ-TiAl合金缺陷對(duì)主裂紋作用機(jī)理研究

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【摘要】：微裂紋和微孔洞被認(rèn)為是兩種對(duì)材料疲勞壽命影響較大的缺陷,在復(fù)雜外載荷作用下,這些缺陷附近會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中,并且容易萌生疲勞裂紋。此外,微裂紋、微孔洞缺陷還會(huì)影響疲勞裂紋的擴(kuò)展路徑。本文以γ-TiAl合金為研究對(duì)象,基于XFEM法建立了含微裂紋、微孔洞缺陷細(xì)觀尺度下的主裂紋模型,分別研究了共線單微裂紋與偏置雙微裂紋缺陷對(duì)主裂紋裂尖應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響,以及不同位置和不同取向的微橢圓孔對(duì)主裂紋裂尖應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響,模擬了偏置微裂紋影響下主裂紋的擴(kuò)展路徑,取得如下研究成果:1、研究了共線單微裂紋與主裂紋之間的相互作用。采用擴(kuò)展有限元法建立了水平共線的單微裂紋與主裂紋模型,模擬不同位置的單微裂紋與主裂紋之間的相互作用。研究結(jié)果表明:共線的單微裂紋對(duì)主裂紋裂尖應(yīng)力場(chǎng)的作用表現(xiàn)為短距效應(yīng)(距離越短作用越強(qiáng)烈),而距離較遠(yuǎn)時(shí)作用不明顯。2、研究了偏置雙微裂紋對(duì)主裂紋裂尖應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響,分析了雙微裂紋對(duì)主裂紋裂尖應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響的機(jī)理。研究結(jié)果表明:在水平方向雙微裂紋對(duì)主裂紋裂尖應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響隨微裂紋位置的變化呈現(xiàn)等幅值的周期性波動(dòng),且這種等幅值波動(dòng)是由微裂紋對(duì)主裂紋的增強(qiáng)與屏蔽作用所導(dǎo)致;微裂紋距離主裂紋裂尖越近影響越大,而距離越遠(yuǎn)則影響很小。3、研究了不同位置和取向的微橢圓孔對(duì)主裂紋裂尖應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響,分析了其影響機(jī)理。研究結(jié)果表明:微橢圓孔對(duì)主裂紋的作用效應(yīng)與其相對(duì)主裂紋的位置和自身取向有關(guān),隨微裂紋位置和自身取向的變化,微橢圓孔對(duì)主裂紋裂尖的作用效應(yīng)表現(xiàn)為增強(qiáng)作用和屏蔽效應(yīng),且增強(qiáng)作用和屏蔽效應(yīng)可以同時(shí)存在。4、研究了偏置位置的單微裂紋對(duì)主裂紋擴(kuò)展路徑的影響。研究結(jié)果表明:單邊偏置微裂紋的存在改變了中心主裂紋的擴(kuò)展方向,使得裂紋擴(kuò)展偏向微裂紋一側(cè),并降低了中心主裂紋的擴(kuò)展速率;隨偏置距離的增加,主裂紋的擴(kuò)展偏轉(zhuǎn)角逐漸減小,而擴(kuò)展速率增加。
【關(guān)鍵詞】：γ-TiAl合金 擴(kuò)展有限元法 微裂紋 微孔洞 應(yīng)力強(qiáng)度因子
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG146.23
【目錄】：

• 摘要8-9
• Abstract9-13
• 第1章 緒論13-24
• 1.1 課題背景13
• 1.2 γ-TiAl合金概述13-17
• 1.2.1 γ-TiAl合金性能介紹13-14
• 1.2.2 γ-TiAl合金國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展14-16
• 1.2.3 γ-TiAl合金斷裂問(wèn)題研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 研究問(wèn)題的提出17-18
• 1.4 有限元方法在裂紋問(wèn)題研究上的進(jìn)展18-20
• 1.4.1 傳統(tǒng)有限元方法模擬裂紋問(wèn)題19
• 1.4.2 擴(kuò)展有限元方法模擬裂紋問(wèn)題19-20
• 1.5 擴(kuò)展有限元法(XFEM)模擬裂紋問(wèn)題研究現(xiàn)狀20-21
• 1.6 本文研究目的及主要內(nèi)容21-22
• 1.6.1 選題目的和意義21-22
• 1.6.2 主要研究?jī)?nèi)容22
• 1.7 本文的特色與創(chuàng)新22-24
• 第2章 擴(kuò)展有限元理論24-28
• 2.1 擴(kuò)展有限元法(XFEM)基本原理24-26
• 2.1.1 單位分解法24-25
• 2.1.2 水平集法25
• 2.1.3 位移模式25-26
• 2.2 擴(kuò)展有限元模擬斷裂問(wèn)題26-27
• 2.2.1 ABAQUS斷裂力學(xué)問(wèn)題模擬方法26-27
• 2.2.2 ABAQUS中四種模擬裂紋技術(shù)的方法27
• 2.3 本章小結(jié)27-28
• 第3章 微裂紋對(duì)主裂紋裂尖應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響28-40
• 3.1 共線單微裂紋對(duì)主裂紋的影響29-32
• 3.1.1 空間尺度29
• 3.1.2 模型的建立29-30
• 3.1.3 載荷與邊界條件30
• 3.1.4 網(wǎng)格處理30-31
• 3.1.5 仿真結(jié)果與討論31-32
• 3.2 單邊偏置雙微裂紋對(duì)主裂紋的影響32-38
• 3.2.1 模型的建立與參數(shù)的設(shè)定32-33
• 3.2.2 仿真結(jié)果33-35
• 3.2.3 雙微裂紋對(duì)主裂紋裂尖場(chǎng)在水平方向的作用效應(yīng)機(jī)理35-37
• 3.2.4 雙微裂紋對(duì)主裂紋裂尖場(chǎng)在偏置方向的作用效應(yīng)機(jī)理37-38
• 3.3 本章小結(jié)38-40
• 第4章 孔洞對(duì)主裂紋裂尖應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響40-50
• 4.1 微橢圓孔對(duì)主裂紋裂尖作用效應(yīng)模型的建立41-42
• 4.1.1 微橢圓孔模型的建立41
• 4.1.2 微孔洞與主裂紋模型的建立41
• 4.1.3 邊界條件與網(wǎng)格處理41-42
• 4.2 仿真結(jié)果42-44
• 4.2.1 不同取向的橢圓孔對(duì)主裂紋裂尖作用效應(yīng)模擬結(jié)果43
• 4.2.2 不同位置的橢圓孔對(duì)主裂紋裂尖作用效應(yīng)模擬結(jié)果43-44
• 4.3 討論44-48
• 4.3.1 不同取向的橢圓孔對(duì)主裂紋裂尖作用效應(yīng)機(jī)理討論44-47
• 4.3.2 不同位置的橢圓孔對(duì)主裂紋裂尖作用效應(yīng)機(jī)理討論47-48
• 4.4 本章小結(jié)48-50
• 第5章 裂紋擴(kuò)展過(guò)程仿真50-60
• 5.1 裂紋擴(kuò)展模型的建立51-53
• 5.1.1 幾何模型的建立51
• 5.1.2 定義材料和截面屬性51
• 5.1.3 分析步設(shè)置51-52
• 5.1.4 模型裝配與XFEM裂紋的定義52-53
• 5.1.5 載荷、邊界條件與網(wǎng)格處理53
• 5.2 單邊偏置微裂紋與中心主裂紋擴(kuò)展過(guò)程分析53-57
• 5.2.1 裂紋擴(kuò)展仿真結(jié)果53-55
• 5.2.2 裂紋擴(kuò)展機(jī)理討論55-57
• 5.3 不同偏置位置的微裂紋與中心主裂紋擴(kuò)展過(guò)程分析57-58
• 5.3.1 偏置位置l /a =6 時(shí)的擴(kuò)展軌跡57
• 5.3.2 偏置位置l /a =8 時(shí)的擴(kuò)展軌跡57-58
• 5.3.3 偏置位置l /a =10時(shí)的擴(kuò)展軌跡58
• 5.4 本章小結(jié)58-60
• 總結(jié)與展望60-62
• 總結(jié)60
• 展望60-62
• 參考文獻(xiàn)62-68
• 致謝68-69
• 附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表論文69

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：964596