国家自然科学基金(10972180)
- 作品数：11 被引量：46H指数：4
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- 相关领域：理学建筑科学金属学及工艺更多>>
- 钨合金三点弯曲破坏的细观数值模拟
- 2011年
- 运用有限元方法模拟了钨合金材料的三点弯曲实验;采用单胞单元计算模型,分析了断口形貌与材料力学性能之间的关系;建立了宏观断裂形式与微观结构参数之间的关联。结果表明:裂纹主要产生在W-W界面、W-M界面,且在基体中向前发展,钨合金材料的破坏可归结为延性材料的破坏;裂纹的尖端始终处于应力集中的状态,随着裂纹的扩展,拉应力集中不断释放,并且转移到新的裂纹尖端;裂纹尖端的单元为拉伸破坏,拉应力是导致裂纹扩展的主要因素。
- 莫宵依李猛王德法师俊平
- 关键词：钨合金数值模拟
- 用能量原理推导圆轴扭转弹性变形与应力分布被引量：4
- 2010年
- 关于圆轴自由扭转时横截面上的应力分布,弹塑性力学给出的弹塑性解与大量金属材料的扭转实验结果存在众多分歧。针对这一问题,通过分析材料在弹塑性变形阶段弹性变形和塑性变形对应的细观机理,根据最小变形能原理,给出了弹塑性小变形时,圆轴扭转横截面上任一点处的切应力和弹性切应变的分布规律。结果表明,圆轴扭转时小塑性变形的出现,并不影响材料的弹性性质,也不改变构件内弹性变形的分布规律,即在弹塑性小变形条件下,圆轴扭转横截面上任一点处的切应力、弹性切应变的大小仍与该点到圆心的距离成正比,亦即仍呈现出与弹性变形时相同的分布规律。
- 汤安民李智慧莫宵依
- 关键词：弹塑性应力场
- Bridgman解的试验验证与分析被引量：3
- 2013年
- 为研究韧性材料单轴拉伸试样的颈缩规律及颈部应力场的分布,对Q235钢、14CrNiMoV合金钢、LY12铝合金等三种典型的金属材料光滑试样和切口试样进行了单向拉伸试验,通过研究材料屈服过程的细观机理和颈缩部位最小截面上不同位置处孔洞大小和形状的变化规律,分析了颈部应力解Bridgman公式中主要试验和理论上的依据和假设,并给出了影响颈部应力场分布的主要因素。结果表明:Bridgman公式中等轴假设基本成立,屈服条件应用不合理,且颈缩部位的复杂应力场并非由颈缩部位最小截面的全面屈服和材料塑性流动导致,颈缩后构件几何形状的变化是引起应力场重新分布的主要因素。
- 李智慧师俊平汤安民
- 脆性材料压剪断裂方向影响因素的宏细观分析被引量：4
- 2011年
- 从物理学中摩擦力和固体力学应力状态的概念出发,讨论了脆性材料受压剪断时断裂面上摩擦力的存在性;基于脆性材料压剪宏观断裂形式和细观断裂机理,分析了影响脆性材料压剪断裂的主要因素。分析结果表明,脆性材料单压剪断时,起裂点上断裂面沿最大切应力方向,而试验中观察到宏观剪切面倾角大于45°。主要原因是,试验中试件端面附近存在摩擦力,且受压时坚硬晶粒楔入软介质,从而在材料内产生附加拉应力,改变了原有的单向压缩应力状态,也改变了后续断裂路径上的最大切应力方向。
- 李智慧师俊平汤安民
- 关键词：脆性材料
- 两相材料界面裂纹的起裂方向及断裂参量研究被引量：3
- 2014年
- 采用FRANC2D软件研究了两相材料含界面裂纹的断裂特性。通过在材料界面利用CASCA手动生成界面裂纹并在裂纹尖端附近设置1/4奇异等参元,得到了界面裂纹的复应力强度因子;数值模拟得到了界面裂纹的起裂方向,并分析了界面裂纹的破坏特征。计算结果表明:1/4奇异等参元很好地描述了裂纹尖端场的1/r(1/2)奇异性,FRANC2D软件能够模拟界面裂纹的扩展方向,可以得到界面裂纹尖端的应力场和复应力强度因子,为界面裂纹的断裂特性的进一步分析提供依据。
- 师俊平曹小杉胡义锋罗峰
- 关键词：应力强度因子
- 不同热处理状态45钢材料的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂试验分析被引量：3
- 2012年
- 通过对淬火和退火两种不同热处理状态45钢材料进行Ⅰ-Ⅱ复合型断裂试验,宏观上观察其断裂方向和断裂路径的发展变化规律,细观上电镜分析同一材料不同复合比和不同材料同一复合比时断裂机理的变化特征,发现加载方式从Ⅰ型到Ⅱ型变化过程中,淬火45钢的断裂机理为准解理脆断,其断裂危险点与断裂方向主要受复杂组织结构影响;退火45钢断裂形式从准解理脆断主导逐渐改变为孔洞正拉断主导,危险点位于裂端应力三维度最大值处,断裂方向与其上最大拉应力作用面一致。并得到结论,材料发生的准解理断裂和孔洞正拉断均为脆性断裂,材料的细观组织结构和应力三维度Rσ大小是影响断裂机理变化的主要因素。当材质均匀性较差、晶粒粗大时,细观缺陷上应力集中程度高,脆断的初始断裂方向主要受局部组织结构影响,难以用宏观应力场说明;但在连续介质假设适用的一般情况下,脆断危险点在应力三维度最大值处,断裂面方向与最大拉应力作用面一致,三轴拉应力是促使材料发生脆断的主要因素。
- 师俊平李智慧韩冬
- 关键词：45钢
- 裂纹起裂方向及扩展路径的数值模拟被引量：2
- 2013年
- 采用FRANC2D断裂力学分析软件分析了含裂纹构件的断裂问题,通过在裂纹尖端附近采用1/4奇异等参元,很好的刻画了裂纹尖端场的1/r^(1/2)奇异性,通过对若干典型断裂问题的计算,得到了裂纹尖端的断裂参数,模拟了有限板中心斜裂纹和边斜裂纹的扩展过程,并对裂纹的起裂方向进行了预测,与实验结果进行对比具有较好的一致性。分析结果表明,FRANC2D软件对线弹性材料的断裂问题计算结果精度很高,可以模拟裂纹的扩展路径。利用该软件的计算结果对进一步深入分析断裂问题有很大帮助,可以为工程断裂分析提供参考。
- 师俊平胡义锋罗峰
- 压缩荷载作用下多裂纹的相互干涉被引量：4
- 2010年
- 结合裂面边界条件和位移单值条件得到裂面上有伪集中力作用时应力函数的复势解。同时利用"伪力法",在叠加原理的基础上,借助Chebyshev数值积分法求得"伪力"的大小,给出了压缩载荷作用下多裂纹相互干涉的解法,讨论了裂纹之间的干涉效应。算例计算了两个裂纹之间的干涉及共线裂纹的相互作用,并分析了裂纹间的距离、夹角等因素对应力强度因子的影响。
- 莫宵依解敏汤安民王静
- 关键词：应力函数应力强度因子
- 金属材料脆性断裂机理的实验研究被引量：20
- 2012年
- 材料的脆性断裂有许多准则和模型,但对脆断机理和变化规律缺乏合理的描述,给工程应用带来不便。本文对典型脆性材料球墨铸铁、灰铸铁分别进行了拉扭双轴断裂实验和常规拉伸、扭转破坏实验;对韧性金属材料合金钢进行了单轴拉伸颈缩破坏实验。通过上述实验分析了脆性材料和韧性材料发生脆性断裂的机理特征并选择应力三维度作为应力状态参数描述危险点的应力状态,同时考察了脆性材料和韧性材料发生脆性断裂的主导因素。结果表明:韧性材料45#钢和14CrNiMoV合金钢在颈缩断面心部应力三维度值较大时发生脆性拉断,而在颈缩断面边缘处应力三维度值较小时发生剪断;脆性材料球墨铸铁在应力三维度值为0.0～0.33之间变化时均发生脆性断裂;灰铸铁在应力三维度值大于0.0时发生脆性拉断,而在应力三维度值小于0.0时发生剪断。因此可以认为,材料的细观组织结构和危险点应力状态是影响断裂机理及变化规律的主要因素。对于同种材料,随着应力三维度代数值从小向大变化材料的断裂机制由塑性剪切断裂逐渐转变为脆性断裂。本文通过对几种材料的脆性断裂危险点和断裂方向的研究给出了脆断宏观破坏条件。
- 李智慧师俊平汤安民
- 关键词：金属材料脆性断裂
- 含裂纹体的单位分解扩展无网格方法
- 2012年
- 不连续体的数值模拟尤其是动态裂纹的追踪问题一直是工程界研究的热点和难点问题。无网格方法仅仅需要结点信息,非常适合于求解这类问题。基于单位分解思想,在移动最小二乘近似函数(MLS)中根据裂纹面的不连续位移增加一个Heaviside函数,在裂尖则增加四个扩展函数描述渐进裂纹位移场;应用Galerkin方法推导了平衡方程的离散线性方程,并给出了求解裂纹问题应力强度因子的计算公式。与其他类型的扩展无网格相比,在裂尖处近似函数不需要使用可视准则,很容易生成r1/2奇异;另一个优势是影响域并没有因为裂纹的存在而改变,不会降低方程的稀疏性,求解效率较高。数值算例表明,该方法能方便有效地模拟不连续问题,具有十分广阔的应用空间。
- 马文涛师俊平李宁
- 关键词：数值模拟裂纹体应力强度因子
