功能梯度材料疲勞裂紋擴(kuò)展的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf_第1頁(yè)
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1、功能梯度材料作為一種典型的非均質(zhì)復(fù)合材料,旨在滿(mǎn)足航天、國(guó)防等高新技術(shù)領(lǐng)域?qū)Σ牧咸岢龅目量桃?。研究功能梯度材料的斷裂行為具有十分重要的意義。研究此類(lèi)問(wèn)題,通常采用實(shí)驗(yàn)觀測(cè)、理論分析以及數(shù)值模擬等方法。實(shí)驗(yàn)研究由于設(shè)備的限制以及高昂的費(fèi)用,給實(shí)際工作帶來(lái)了很大的困難。理論研究則需要做大量的假設(shè),而且很難求解材料屬性和邊界條件復(fù)雜的問(wèn)題。數(shù)值方法在理論上可以處理任意材料、載荷、結(jié)構(gòu)形式的問(wèn)題,因此成為人們分析斷裂行為的一個(gè)重要工具。本文采

2、用一種新的數(shù)值計(jì)算方法——擴(kuò)展有限元法來(lái)模擬功能梯度材料中的準(zhǔn)靜態(tài)裂紋擴(kuò)展問(wèn)題疲勞破壞一直是造成構(gòu)件失效的最主要原因,尤其是在飛行器控制系統(tǒng)伺服作動(dòng)器中。構(gòu)件由于自身缺陷等原因產(chǎn)生裂紋后,即使在低交變載荷作用下,裂紋也會(huì)發(fā)生擴(kuò)展而導(dǎo)致構(gòu)件失效。因此對(duì)于裂紋擴(kuò)展速率及壽命預(yù)測(cè)的研究就顯得尤為重要。
  本文采用粉末冶金方法按一定的質(zhì)量比制備了ZrO2/NiCr體系功能梯度材料,并將所制得的材料切割打磨成同一尺寸的三點(diǎn)彎試件,然后進(jìn)行

3、壓-壓等幅循環(huán)加載的疲勞實(shí)驗(yàn),裂紋方向平行于材料的梯度方向。借助疲勞試驗(yàn)機(jī)和相關(guān)輔助設(shè)備,分別研究了三點(diǎn)彎實(shí)驗(yàn)過(guò)程中I型疲勞裂紋的擴(kuò)展情況和I-II型疲勞裂紋的擴(kuò)展情況。鑒于功能梯度材料制備工藝的區(qū)別以及材料組分的不同會(huì)對(duì)材料的各種參數(shù)帶來(lái)很大的差異,同時(shí)在進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展的數(shù)值模擬時(shí)又要求這些參數(shù)必不可少,本文又分別設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量了該三點(diǎn)彎試件的彈性模量和斷裂韌度。再借助于擴(kuò)展有限元方法和二維情況下的相互作用積分來(lái)模擬I型和I-II混合

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