本文選題：界面裂紋 + 摩擦��； 參考：《蘭州理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：本研究課題來源于甘肅省自然科學(xué)基金及教育部創(chuàng)新團(tuán)隊項目。因復(fù)合材料構(gòu)件在工作過程中界面處會因外載荷的作用而產(chǎn)生相對滑動,出現(xiàn)摩擦接觸。為提高復(fù)合材料構(gòu)件的使用強度和延長工作壽命,對摩擦接觸下的材料界面裂紋疲勞特性的研究是十分必要的。本文基于彈性理論,以材料界面斷裂理論和摩擦理論為依據(jù),以材料界面構(gòu)件為具體的研究對象,采用有限元數(shù)值模擬計算方法,研究裂紋面摩擦對材料界面裂紋疲勞特性的影響。在材料界面裂紋建模的過程中,主要采用ANSYS有限元分析軟件建立復(fù)合材料模型及界面裂紋模型,并在界面裂紋面設(shè)置摩擦接觸。已有大量的實驗證明,裂紋面摩擦系數(shù)f=0.2~0.6,本文取f=0.2、0.25、0.3、0.35、0.4。應(yīng)用ANSYS軟件APDL程序化語言進(jìn)行編程對裂尖進(jìn)行奇異化處理,計算裂紋尖端斷裂控制參量,研究了不同裂紋面摩擦系數(shù)f及不同界面裂紋尺寸參數(shù)(a/w)下,裂紋尖端位移、等效應(yīng)力和應(yīng)力強度因子的變化趨勢。還應(yīng)用ABAQUS軟件分析研究了材料界面裂紋在不同裂紋面摩擦系數(shù)f下,裂紋具體的擴(kuò)展路徑,并計算了f=0、0.2、0.4、0.6時的裂紋擴(kuò)展長度。然后在單裂紋研究成果的基礎(chǔ)上,以輪軌界面多裂紋為研究對象,預(yù)制界面裂紋與平面夾角呈45o,設(shè)置輪軌界面摩擦接觸及鋼軌裂紋面摩擦接觸,拓展研究了材料界面多裂紋在考慮摩擦接觸條件下裂紋間的相互影響情況,得到多裂紋對裂紋擴(kuò)展的影響結(jié)果以及裂紋之間相互影響的結(jié)果。本文得到的主要成果有:(1)相同裂紋尺寸參數(shù)下,隨著裂紋面摩擦系數(shù)的增大,裂紋尖端位移、等效應(yīng)力和應(yīng)力強度因子會減小;(2)裂紋面摩擦系數(shù)不變,裂紋尺寸參數(shù)變化時,裂紋尖端位移、等效應(yīng)力和應(yīng)力強度因子呈現(xiàn)波動的變化。(3)裂紋面摩擦對裂紋擴(kuò)展行為具有阻礙作用,裂紋尖端應(yīng)力分布會隨著裂紋面摩擦系數(shù)的增加呈遞減趨勢;(4)裂紋面摩擦也可以被人為地利用來提高結(jié)構(gòu)的承載能力,延長機械零部件的使用壽命,具有很大的工程實用價值。(5)考慮摩擦接觸,多裂紋更具有阻礙輪軌界面疲勞裂紋擴(kuò)展的作用;(6)輪軌界面裂紋尖端應(yīng)力強度因子KI與KII的值隨著裂紋數(shù)量的增加呈遞減趨勢;車輪接觸斑接近裂紋時,應(yīng)力強度因子K將取得最大值。
[Abstract]:This research project comes from Gansu Natural Science Foundation and Ministry of Education Innovation team Project. Because of the relative sliding and frictional contact at the interface of the composite member during the working process due to the effect of external load. In order to improve the service strength and prolong the working life of composite members, it is necessary to study the fatigue characteristics of interface crack in the friction contact. Based on the elastic theory, the material interface fracture theory and friction theory, and the material interface member as the specific research object, the finite element numerical simulation method is adopted. The effect of crack surface friction on the fatigue behavior of interfacial crack is studied. In the process of modeling the interface crack, the composite material model and the interface crack model are established by using the ANSYS finite element analysis software, and the friction contact is set up on the interface crack surface. A large number of experiments have proved that the friction coefficient of the crack surface is 0.2U 0.6. In this paper, the friction coefficient of the crack surface is 0.250.30.30.35N 0.4. Using the ANSYS software APDL programming language to program the crack tip singularity, calculate the crack tip fracture control parameter, study the crack tip displacement under the different crack surface friction coefficient f and the different interface crack size parameter (a / w). The change trend of equivalent stress and stress intensity factor. The crack propagation paths of interfacial cracks at different friction coefficients f are also analyzed by ABAQUS software, and the crack propagation length is calculated when the crack is 0.20.20.40.6.The results are as follows: 1. Then on the basis of the research results of single crack, taking multiple cracks in the wheel / rail interface as the research object, the angle between the precast interface crack and the plane is 45o. the wheel / rail interface friction contact and the rail crack surface friction contact are set up. In this paper, the influence of multi-cracks on crack propagation and the interaction between cracks at the interface of the material under the condition of frictional contact are studied. The main results obtained in this paper are as follows: under the same crack size parameters, the crack tip displacement, equivalent stress and stress intensity factor decrease with the increase of the friction coefficient of the crack surface. The crack tip displacement, equivalent stress and stress intensity factor fluctuate. The value of stress intensity factor (Ki) and KII at the crack tip of wheel / rail interface decreases with the increase of the number of cracks. The maximum stress intensity factor K will be obtained when the contact spot of the wheel is close to the crack.
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB302.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1947252