鐵中Ⅰ型裂紋裂尖場(chǎng)與裂尖形變機(jī)制分析.pdf

1、金屬材料的強(qiáng)度與裂紋擴(kuò)展行為密切相關(guān)。裂紋擴(kuò)展過程中裂紋尖端存在著應(yīng)力、應(yīng)變集中，這使得裂紋尖端的局部應(yīng)力、應(yīng)變大于材料中其它區(qū)域的應(yīng)力和應(yīng)變。因此，在裂紋擴(kuò)展的過程中，其尖端將會(huì)發(fā)生微結(jié)構(gòu)演化。相關(guān)實(shí)驗(yàn)和原子尺度模擬的結(jié)果表明：裂紋擴(kuò)展過程中裂尖微結(jié)構(gòu)演化有多種形式，包括位錯(cuò)發(fā)射、孿晶形成以及裂尖相變等。而且這些微結(jié)構(gòu)演化行為又與裂尖場(chǎng)的分布密切相關(guān)，可能對(duì)控制裂紋的擴(kuò)展起到?jīng)Q定性作用。
　　 本文應(yīng)用有限元方法計(jì)算了平面應(yīng)變

2、條件下體心立方鐵中不同取向裂紋的裂尖彈性應(yīng)力場(chǎng)和彈性應(yīng)變能密度分布。三種不同取向的裂紋將體心立方鐵的剛度矩陣轉(zhuǎn)化為不同形式，導(dǎo)致裂尖應(yīng)力場(chǎng)和彈性應(yīng)變能密度分布不同。由此出發(fā)，從宏微觀相結(jié)合角度分析了裂尖場(chǎng)分布與裂尖微結(jié)構(gòu)演化的相互關(guān)聯(lián)。研究表明：裂尖微結(jié)構(gòu)演化與裂尖彈性應(yīng)變能密度分布密切相關(guān)。裂尖應(yīng)力集中所導(dǎo)致的局部彈性應(yīng)變能密度增高可以由裂尖塑性變形所釋放。同時(shí)，應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)及有限元的方法驗(yàn)證了裂尖塑性變形的具體形式與體心立方鐵晶

3、體結(jié)構(gòu)中滑移面上的分切應(yīng)力大小密切相關(guān)。分切應(yīng)力大則易發(fā)生相變，分切應(yīng)力較小易發(fā)生孿晶或位錯(cuò)。并分別比較了彈性應(yīng)力場(chǎng)和HRR裂尖應(yīng)力場(chǎng)與有限元模擬結(jié)果，結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果嘗試探討了裂尖應(yīng)力場(chǎng)的奇異性區(qū)域。
　　 此外，運(yùn)用彈塑性狀態(tài)下{110}<110>Ⅰ型裂紋的有限元分析，從裂紋系統(tǒng)整體能量變化以及裂尖應(yīng)力場(chǎng)兩個(gè)角度分析裂尖塑性變形與裂紋擴(kuò)展行為的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于單純的裂紋擴(kuò)展，裂尖塑性變形的存在更有助于降低裂紋系統(tǒng)