涂层对V形切口断裂影响的数值研究

摘要

基于V形切口的断裂判定准则(最大周向应力准则、应力强度因子准则和应变能密度因子准则)，运用数值方法分析和讨论了添加涂层后的I型和II型V形切口尖端附近的最大周向应力、应力强度因子和应变能密度因子的变化情况。通过改变涂层厚度和涂层材料的弹性模量这两个参数，来分析涂层对切口尖端的最大周向应力、应力强度因子和应变能密度因子的影响，从而探讨涂层对V形切口的断裂影响。分析了不同切口张角时有涂层的切口尖端的应力和应力强度因子的变化，讨论了双层结构的热障涂层对切口尖端附近的应力的影响。 数值分析结果表明，随着涂层材料弹性模量的增加，切口尖端附近的最大周向应力和应力强度因子增加，而应变能密度因子减小；随着涂层厚度的增加，切口尖端附近的最大周向应力和应力强度因子减小，但应变能密度因子则增大：有涂层的V形切口尖端附近的应力和应力强度因子对切口张角的变化更敏感；对于有双层结构的热障涂层的V形切口，弹性模量大的区域内的最大周向应力大，材料的热膨胀系数相差越大，在界面处最大周向热应力突变越大。

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致谢

第一章绪论

1.1 引言

1.2 Ⅴ形切口问题的研究现状

1.3断裂数值模拟的研究现状

1.4涂层技术及其强度测定的研究现状

1.4.1涂层厚度的测量

1.4.2涂层的硬度和弹性模量的测量

1.4.3涂层的断裂韧度的测定

1.5所研究课题的目的和意义

1.6本文研究的主要内容

第二章平面Ⅴ形切口的基本理论

2.1 Ⅴ形切口尖端附近的奇异应力场

2.2确定Ⅴ形切口尖端应力强度因子的数值方法

2.3 Ⅴ形切口的断裂准则

2.3.1 最大周向应力准则

2.3.2应变能密度因子准则

2.3.3应力强度因子准则

第三章涂层对Ⅴ形切口断裂影响的数值分析

3.1 引言

3.2 Ⅴ形切口的最大周向应力的数值分析

3.2.1 Ⅰ型Ⅴ形切口的计算模型及其网格划分

3.2.2 Ⅰ型Ⅴ形切口的最大周向应力的数值分析

3.2.3 Ⅱ型Ⅴ形切口的最大周向应力的数值分析

3.2.4 Ⅱ型Ⅴ形切口的最大切应力的数值分析

3.3 Ⅴ形切口的应变能密度因子的数值计算

3.4 Ⅴ形切口的应力强度因子的数值计算

3.4.1 Ⅰ型Ⅴ形切口的应力强度因子

3.4.2 Ⅱ型Ⅴ形切口的应力强度因子

3.5不同切口张角的Ⅴ形切口的数值分析

3.5.1 不同切口张角的有涂层Ⅰ型切口

3.5.2不同切口张角的无涂层Ⅰ型切口

第四章热障涂层对Ⅴ形切口断裂影响的数值分析

4.1 引言

4.2热障涂层对Ⅴ形切口应力影响的数值模拟

4.2.1 热应力分析的基本方法

4.2.2热障涂层对Ⅰ型切口尖端附近的应力影响

4.2.3 热障涂层对Ⅱ型切口尖端附近的应力影响

4.2.4热障涂层对切口尖端的热应力影响

第五章结论与展望

5.1 全文总结

5.2工作展望

参考文献