基于机械—热耦合作用的硬质覆层材料结构内界面裂纹应力强度因子研究

摘要

金属陶瓷硬质覆层材料是一种具有优良综合性能的复合材料，由于其具有耐磨损和耐腐蚀等特点，目前已广泛应用于各个领域。针对目前多载荷作用的硬质覆层材料结构内界面裂纹应力强度因子的研究比较缺乏的问题，本文对机械-热耦合载荷作用下、硬质覆层材料结构内界面裂纹的应力强度因子进行了理论和有限元分析，建立了界面裂纹应力强度因子理论模型，获得了界面裂纹应力强度因子的变化规律。
　　对稳态机械-热耦合载荷作用下单界面裂纹应力强度因子进行了理论和有限元分析。在进行理论分析时，采用了传统的热弹性理论，通过傅里叶变换及其逆变换对控制偏微分方程求解，得到了界面裂纹尖端的温度场、位移场和应力场，同时推导了奇异积分方程，并通过求解奇异积分方程，得到了界面裂纹应力强度因子的理论表达式;在进行有限元分析时，研究了三种界面裂纹（平行并位于界面裂纹、垂直并停留在界面裂纹、斜跨界面）分别在稳态机械-热耦合载荷作用下的应力强度因子，获得了界面裂纹应力强度因子随机械载荷、温度载荷、裂纹长度和覆层厚度比的变化规律。
　　对机械冲击-热冲击耦合载荷作用下单界面裂纹应力强度因子进行了理论和有限元分析。在进行理论分析时，采用了具有两个松弛时间的广义热弹性理论，通过拉普拉斯变换和傅里叶变换及其逆变换对控制偏微分求解，得到了界面裂纹尖端的温度场、位移场和应力场的理论表达式，同时推导了奇异积分方程，并通过求解奇异积分方程，得到了界面裂纹应力强度因子的表达式;在进行有限元分析时，研究了三种界面裂纹（平行并位于界面裂纹、垂直并停留在界面裂纹、斜跨界面）分别在机械-热冲击耦合载荷作用下的应力强度因子，获得了界面裂纹应力强度因子随机械冲击载荷幅值、裂纹长度和覆层厚度比的变化规律。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 复合材料结构内界面裂纹扩展研究现状

1．3 复合材料结构件的热弹性研究

1．4 主要研究内容

2 稳态机械-热耦合载荷作用下界面裂纹应力强度因子理论研究

2．1 稳态机械-隅合载荷作用下带界面裂纹的硬质覆层零件模型的建立

2．2 温度场和应力场的求解

2．3 应力强度因子理论模型的建立

2．4 本章小结

3 稳态机械-热耦合载荷作用下界面裂纹应力强度因子有限元研究

3．1 ABAQUS总体概述

3．2 热分析的有限元简介

3．3 平行并位于界面裂纹应力强度因子有限元研究

3．4 垂直并停留在界面裂纹应力强度因子有限元研究

3．5 斜跨界面的裂纹应力强度因子有限元研究

3．6 本章小结

4 机-热冲击耦合载荷作用下界面裂纹应力强度因子理论研究

4．1 机-热冲击耦合载荷作用下带界面裂纹的硬质覆层零件模型的建立

4．2 温度场和应力场的求解

4．3 应力强度因子理论模型的建立

4．4 本章小结

5 机-热冲击耦合载荷作用下界面裂纹应力强度因子有限元研究

5．1 平行并位于界面裂纹应力强度因子有限元研究

5．2 垂直并停留在界面裂纹应力强度因子有限元研究

5．3 斜跨界面裂纹应力强度因子有限元研究

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事的科学研究及发表论文情况