脆性材料复合型裂纹动态断裂研究

摘要

各个工程领域中，工程结构往往因存在裂纹或者其它缺陷，在受到物体的撞击或由地震、爆炸等引起的冲击波作用，导致灾难性破坏事故的发生。而实际构件中的裂纹，多为复合型变形状态，常常由基本类型中的两种或者三种裂纹组成。目前，较多的动态断裂是基于金属材料完成，而脆性材料，以有机玻璃（PMMA）为代表，因其高透明度、较高力学强度、价格低和易于加工等的良好性能的优点，被广泛应用于航空、汽车等工业领域，因此，开展脆性材料复合型裂纹的动态断裂研究十分必要。 本文借鉴Richard、朱莉的AFM试样及其加载装置，设计出了适用于霍普金森拉杆（SHTB）动态实验的AFM试样及其加载装置，选择性能良好的PMMA制备成AFM试样，借助实验与仿真手段对其进行静动态加载下的复合断裂研究。 基于WDW3100电子万能实验机对AFM试样进行Ⅰ型以及复杂的Ⅰ-Ⅱ型、Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型静态实验，观察各裂纹开裂现象，测定三种加载下的临界载荷及起裂角。 基于霍普金森拉杆（SHTB）实验装置对AFM试样及其加载装置进行Ⅰ型、Ⅰ-Ⅱ复合型和Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型动态实验，观察其裂纹开裂现象。通过应变片法对Ⅰ型、Ⅰ-Ⅱ复合型动态断裂韧性进行计算，利用有限元软件ABAQUS对Ⅰ型断裂过程仿真，借助实验-数值法对Ⅰ型动态断裂韧性进行研究，分析了应力波在杆中的传播情况。 本文采用改进后的AFM试样及其加载装置进行三种加载形式下的动态断裂研究，得到较好的复合型断裂结果，为脆性材料复合型裂纹的动态断裂研究提供了参考，丰富了三维脆性断裂研究。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 背景及意义

1.2 动态断裂力学研究进展

1.3 三维复合裂纹研究进展

1.4 本文主要工作

第2章 AFM试样加载装置的设计优化

2.1 动态加载下的断裂知识

2.2 霍普金森拉杆（SHTB）实验原理

2.3 经典复合型试样及加载装置简介

2.4 本文对AFM试样加载装置的改进设计

2.5 本章小结

第3章 AFM试样三维静态断裂研究

3.1 AFM试样设计及制备

3.2 预制疲劳裂纹

3.3 静态断裂韧性测试

3.4 静态结果分析

3.5 本章小结

第4章 AFM试样三维动态断裂实验研究

4.1 应力波理论

4.2 动态断裂韧性测试方法

4.3 动态实验测试

4.4 动态实验结果分析

4.5 本章小结

第5章 AFM试样动态断裂韧性有限元分析

5.1 AFM试样及其加载装置有限元仿真

5.2 应力波在杆中的传播分析

5.3 有限元仿真结果分析

5.4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢