裂纹和V形切口钢构件断裂试验及裂纹扩展仿真分析

摘要

复杂的工程结构一般是由简单的构件构成的,如连接件、梁、杆等。在某些先进材料和结构中,常常会存在由于材料的不连续性或几何形状突变引起的应力集中部位,如界面及界面端、缺口等,结构破坏均由此处开始。由于应力集中非常大,会导致裂纹的萌生或者扩展,从而大大降低材料或构件的承载能力。因此,研究裂纹及其在一定程度下的扩展行为将会对评估产品的可靠性,预防产品的破坏有着积极的作用。
　　本文对钢构件平面裂纹/V形切口在拉伸和剪切组合载荷作用下的裂纹扩展进行试验研究,并采用有限元法对试件的裂纹扩展进行了仿真分析。
　　本文首先介绍了线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学的基本理论,分析了裂纹的扩展以及裂尖应力奇异性。然后介绍了断裂力学试验常用方法和试样,设计了V形切口和裂纹试件裂纹扩展过程的试验装置,并确定试验方案对多种切口和裂纹试件进行裂纹扩展试验。最后介绍了断裂力学研究中非常有优势的扩展有限元方法(XFEM),并利用Abaqus有限元软件中的XFEM模块模拟分析了含V形切口和裂纹的平面钢构件中在多种载荷组合下的裂纹扩展过程。通过使用XFEM方法,求得试件在给定载荷形式下的裂纹扩展规律。将试验结果与有限元法模拟结果进行对比分析,从而预测平面裂纹/切口构件在荷载作用下的裂纹扩展规律和路径。

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第一章 绪 论

1.1 课题的提出及其意义

1.2 断裂力学国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第二章 断裂力学基本理论

2.1 断裂力学的产生和发展

2.2 断裂力学的基本模型

2.3 线弹性断裂力学

2.4 复合型裂纹的断裂

2.5 弹塑性断裂力学

2.6 本章小结

第三章 断裂试样及试验装置设计

3.1 断裂试验方案的选择

3.2 断裂试件设计

3.3 夹具设计

3.4 本章小结

第四章 裂纹和V形切口钢构件断裂试验

4.1 标准试件试验

4.2 断裂试验

4.3 本章小结

第五章 裂纹和V形切口钢构件数值模拟

5.1 裂纹试件拉伸载荷作用下数值模拟

5.2 V形切口试件拉伸载荷作用下数值模拟

5.3 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况