碳納米管鎂基復(fù)合材料基體裂紋尖端應(yīng)力強度因子有限元分析.pdf

1、現(xiàn)代結(jié)構(gòu)力學(xué)分析迅速發(fā)展起來的一種快速有效的數(shù)值計算分析方法——有限元模擬分析（FEA）法。其廣泛應(yīng)用于彈塑性計算、損傷破裂、動態(tài)力學(xué)、求解熱傳導(dǎo)方程、電磁場、電磁耦合場、流體力學(xué)的計算。它以常微分方程求解器為支撐軟件，用有限元的基本原理和思路推導(dǎo)基本理論公式，并由此進(jìn)行深入的研究。裂紋是材料斷裂力學(xué)中的重要研究對象，在線彈性斷裂力學(xué)中裂紋尖端應(yīng)力強度因子K1值是判斷裂紋尖端應(yīng)力場強度理論之一，并且應(yīng)力強度因子是衡量裂紋尖端應(yīng)力場強弱的

2、關(guān)鍵參量。
　　本文第一章簡要介紹了國內(nèi)外CNTs/AZ91D復(fù)合材料的研究背景和研究現(xiàn)狀以及應(yīng)用前景。在此研究的基礎(chǔ)上，第二章利用有限元軟件建立了基體中含有裂紋的不同長徑比CNTs/AZ91D復(fù)合材料的有限元模型。研究了基體中裂紋長度、碳納米管長徑比、增強體彈性模量、基體彈性模量對鎂基體裂紋尖端應(yīng)力強度因子的影響。探討了CNTs/AZ91D復(fù)合材料的強化機理和斷裂模式。模擬結(jié)果表明：鎂基體中三維裂紋尖端應(yīng)力強度因子隨著裂紋長度的

3、增長呈現(xiàn)變大趨勢，而當(dāng)裂紋貫穿基體擴展至增強體與基體的接觸面處時，應(yīng)力強度因子急劇下降，這與雙邊材料的裂紋變化趨勢類似。在裂紋尖端應(yīng)力場出現(xiàn)應(yīng)力奇異性。裂紋尖端應(yīng)力強度因子隨著增強體的彈性模量增大而減小，隨著基體的彈性模量的增大而增大等一系列規(guī)律。
　　之后第三章進(jìn)一步建立了Ni-CNTs/AZ91D復(fù)合材料的三維有限元模型，研究了Ni-CNTs/AZ91D復(fù)合材料中的界面層厚度、界面層彈性模量、增強體長徑比等對裂紋尖端應(yīng)力強度因

4、子的影響。研究結(jié)果表明：Ni-CNTs/AZ91D復(fù)合材料基體中裂紋尖端應(yīng)力強度因子比CNTs/AZ91D復(fù)合材料基體裂紋尖端應(yīng)力強度因子變大，而當(dāng)裂紋擴展至增強體與基體接觸面附近時。Ni-CNTs/AZ91D復(fù)合材料裂紋尖端應(yīng)力強度因子比CNTs/AZ91D復(fù)合材料的裂紋尖端應(yīng)力強度因子下降程度劇烈。并且裂紋尖端的應(yīng)力強度因子隨著界面層厚度的增大而增大，而隨著彈性模量的增加裂紋尖端應(yīng)力強度因子呈減小的趨勢。當(dāng)裂紋長度較小時，增強體長徑