三維約束下裂紋端部損傷演化與裂紋擴展的計算模擬.pdf

1、疲勞斷裂問題是常見的失效形式之一，其安全設計是飛機輕便性、安全性、經(jīng)濟性的的重要保障。在飛機結(jié)構(gòu)中，損傷缺陷是不可避免的，而在載荷/環(huán)境譜的作用下結(jié)構(gòu)的損傷會降低材料的承載能力，導致結(jié)構(gòu)的破壞。損傷容限設計的提出便是為了解決損傷結(jié)構(gòu)安全性的問題，這一性能的校核已成為國際適航性條例的剛性要求。然而，現(xiàn)行的損傷結(jié)構(gòu)設計方法和評定技術(shù)主要是建立在二維的理論基礎上，實際結(jié)構(gòu)中往往具有強烈的三維結(jié)構(gòu)和載荷效應。故本文基于Abaqus有限元軟件，系

2、統(tǒng)地分析了幾何約束效應對含裂紋結(jié)構(gòu)剩余強度和破壞行為的影響，發(fā)展三維斷裂破壞理論基礎。研究主要工作和結(jié)論如下：
　　1)對于彈性材料，裂尖前沿Tz的分布只與厚度尺寸以及泊松比有關，與遠端載荷和面內(nèi)幾何尺寸無關，Tz-r/B曲線具有高度的統(tǒng)一性。對于彈塑性材料，當厚度和面內(nèi)幾何尺寸不同時，裂尖的約束不同，即使在相同載荷下，裂尖屈服狀態(tài)也不同，故Tz分布不同。此時Tz分布不僅與厚度尺寸有關，而且也與遠端載荷和面內(nèi)幾何尺寸有關，對于裂尖

3、屈服變形敏感。
　　2)為了進一步分析裂紋端部三維約束的作用，本文定量的分析了離面約束因子Tz的分布規(guī)律，修正后的預測彈性Tz表達公式能夠較好的描述單邊裂紋拉伸變形裂尖前沿Tz的分布情況。
　　3)通過Abaqus有限元模擬不同厚度單邊裂紋試樣三點彎曲裂紋的擴展行為，分析了裂紋擴展過程中三維約束的作用。結(jié)果顯示，裂紋變形強烈地受試樣的幾何約束影響，而這種約束作用可由離面約束因子Tz表征。并且，J-Tz雙參數(shù)理論能很好的描述擴