晶体相场方法研究等位移条件下裂纹的起裂及其扩展

摘要

随着科技的发展，各种新材料不断的涌现，人们对材料性能及其安全性的关注度也在逐渐的提高。从人们认识材料断裂失效之初，到现在，发展了比较完善的理论，为材料的实际应用提供了基础;也形成了一些比较成熟的材料检测手段，对服役中材料进行检测。随着计算机的快速发展，计算机模拟方法开始逐渐被科研人员应用到裂纹的研究中，能大大的降低试验成本，而且能够提供比较准确的理论指导。晶体相场方法是最近十几年发展起来的一种新兴的数值计算方法，相对于其他数值计算方法，能够从原子扩散的时间尺度以及空间尺度对材料组织的微观演化进行相应的模拟。目前，材料内部微观结构的起裂及其扩展演化研究已经有了长足的发展，但是，作为新兴的数值模拟方法，其在该方面的相关研究还鲜有报道。本文采用晶体相场方法，研究等位移条件下，裂纹起裂的临界尺寸，以及温度，取向角，液相参数的不同对裂纹扩展情况的影响，结合自由能分析其相关机理。本文的主要成果如下:
　　1.等位移条件作用下，裂纹的起裂主要与垂直应变施加方向的初始缺口尺寸密切相关，只有垂直应变方向上的缺口尺寸达到临界值，样品才会起裂，随着温度的升高，临界尺寸会相应的减小。
　　2.平行于应变施加方向的初始缺口尺寸对裂纹起裂的时间有一定的影响，随着尺寸的增加，裂纹的起裂时间会滞后，并且随着温度的升高，滞后现象会有明显的减弱。
　　3.在等位移应变条件作用下，对于中心缺口为圆形的样品，随着液相参数的增大，裂纹起裂的机理不会被影响，但裂纹起裂及其扩展的进程会加快。
　　4.对于不同的取向角，裂纹起裂情况与取向角的大小密切相关，不同的取向角对应不同的起裂机理，但整体裂纹起裂及其扩展过程，都存在空位形成以及解理这两种情况，并且解理机制相对于空位形成机制能够消耗更多的能量。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 裂纹的检测与分析技术

1．2 1裂纹的宏观检测技术

1．2 2裂纹的微观检测技术

1．3 材料微观结构的计算机模拟方法

1．4 问题的提出和研究目标

第二章 晶体相场(PFC)模型与动力学方程

2．1 引言

2．2 晶体相场模型

2．2．1 自由能表达式

2．2．2 单模近似解的结构

2．2．3 单模近似下的相图

2．2．4 数值计算方法

2．3 应力施加过程

2．4 本章小结

第三章 等位移条件作用下缺口尺寸对裂纹起裂的影响

3．1 引言

3．2 样品的制备及应力的施加

3．3 裂纹起裂与缺口尺寸关系的微观组织形貌

3．3．1 x方向缺口尺寸与起裂的关系

3．3．2 y方向缺口尺寸与起裂的关系

3．3．3 y方向临界缺口尺寸与起裂的关系

3．4 裂纹起裂与温度关系的微观组织形貌

3．5 本章小结

第四章 等位移作用下取向角对裂纹扩展情况的影响

4．1 引言

4．2 参数的设置、样品的弛豫以及应变的施加

4．3 参数的改变对裂纹扩展的影响

4．3．1 液相值改变对裂纹扩展的影响

4．3．2 取向角改变对裂纹扩展的影响

4．4 本章小结

第五章 总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文