船用灰铸铁材料裂纹扩展的近场动力学研究

摘要

断裂破坏是海工结构主要的失效模式之一。对船用灰铸铁构件的裂纹扩展和断裂行为进行模拟研究,对于预防船体设备脆性破坏和结构安全性有重要意义。传统连续介质力学方法在模拟破坏时存在先天不足,而新兴的近场动力学方法(Peridynamics,PD)已证实能模拟材料中裂纹自发的萌生和扩展。本文通过修正PD的长程力尺寸效应和边界效应问题,并根据临界能量释放率推导出对应的裂纹损伤扩展准则,提出一种改进的PD方法。通过薄板的连续变形和破坏实例验证它的准确性,并研究不同预制裂纹灰铸铁构件的裂纹扩展现象。结果表明,改进的PD方法计算结果与试验的裂纹扩展结果吻合较好,其用于预测分析船用灰铸铁构件从连续体到非连续体的整个破坏过程是可行的。