复杂载荷作用下的三维裂纹扩展研究

摘要

材料的失效大多是由疲劳或裂纹扩展导致的,自上个世纪以来就得到国内外学者的广泛关注.而大多数学者是对二维模型进行研究的,对于三维裂纹扩展的研究较少.因此,通过有限元软件建立了埋藏型的三维裂纹模型,采用M积分的方法求解裂纹前缘的应力强度因子,并与Irwin解析解进行了对比,验证了数值方法的准确性;研究复杂载荷作用下的表面裂纹,得到了表面裂纹的扩展路径以及裂纹扩展过程中裂纹前缘的等效应力强度因子Keq和I、II、Ⅲ型应力强度因子,并分析了复杂载荷作用下的三维表面裂纹的扩展规律等.结果表明:随着裂纹前缘扩展长度的增大,等效应力强度因子Keq不断增大;在复杂载荷作用下,裂纹面的一端将向上偏折,而另一端向下偏折,在上下偏折的交界处裂纹扩展的长度较短,Keq较小;随着裂纹前缘扩展长度的不断增加,偏折交界的位置将朝向下偏折处不断靠近.