非金属夹杂物对材料内局部应力集中的影响

摘要

疲劳裂纹萌生经常发生在材料中气孔、夹杂等各种微观结构不连续区域,是一种高度局部化过程。分别考虑受单调拉伸和循环拉压载荷条件,利用有限元法研究夹杂物周围的局部力学行为,分析夹杂性能、位置、多夹杂、循环塑性对局部应力集中的影响。在模拟中,金属基体定义为弹塑性材料,材料本构采用各向同性-随动硬化混合模型,夹杂模拟为各向同性线弹性材料。结果表明,夹杂与基体弹性模量的差别越大,产生的局部应力集中越大,软夹杂导致的应力集中大于硬夹杂;多夹杂引起的应力场强化作用与夹杂排列方向和加载方向有关;循环硬化导致气孔周围应力集中增大,对硬夹杂周围应力集中几乎没有影响;高应力水平下,近表面气孔的应力应变集中系数Kg较大,低应力水平下内部气孔处Kg较大,表明疲劳裂纹易于萌生。