發(fā)布時間：2017-05-02 02:12

  本文關(guān)鍵詞：5E62鋁合金疲勞裂紋擴展行為的有限元模擬，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：飛機蒙皮占整機結(jié)構(gòu)重量的50%以上,需要承受復(fù)雜的氣動載荷作用,是現(xiàn)代飛機損傷容限設(shè)計重點關(guān)注的構(gòu)件。聶祚仁課題組自主研發(fā)的5E62鋁合金,主要應(yīng)用于飛機蒙皮材料,其強度和耐損傷性能具有較高的匹配程度。采用實驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的方式對材料疲勞破壞過程進行預(yù)測,可以大量節(jié)約人力、物力和財力,是工程應(yīng)用中預(yù)防疲勞破壞的發(fā)生好方法。使用XFEM方法對5E62-O鋁合金MT試樣疲勞裂紋擴展路徑及擴展過程中裂紋尖端應(yīng)力場分布、應(yīng)力強度因子KI和疲勞裂紋擴展速率進行了模擬計算。模擬結(jié)果表明裂紋擴展路徑與實驗一致,均垂直于應(yīng)力加載方向沿直線擴展;XFEM方法計算的Paris區(qū)疲勞裂紋擴展速率與理論值和實驗值均有較好的一致性,疲勞裂紋擴展速率隨?K值的增加近似線性增長。使用XFEM方法計算半裂紋長度從4.5mm到26.5mm的KI值與理論值比較接近,最大誤差為8.9%。模擬計算獲得的穩(wěn)態(tài)擴展區(qū)間裂紋長度為5.8~24.5mm,與實驗獲得的Paris區(qū)間裂紋長度誤差分別為22.4%和16.3%。通過調(diào)用ABAQUS率相關(guān)用戶材料子程序建立晶體塑性有限元模型,計算單/雙織構(gòu)裂紋尖端應(yīng)力分布、裂紋尖端張開位移和J積分,探究取向?qū)α鸭y擴展的影響。Cube和S織構(gòu)裂紋尖端塑性區(qū)、S22、CTOD和J積分均小于Goss和Brass織構(gòu),應(yīng)力釋放區(qū)域則反之;Cube織構(gòu)Mises等效屈服應(yīng)力、CTOD和J積分最小,S織構(gòu)裂紋尖端的Mises最大,但其他兩個方向分擔了一部分的應(yīng)力,使得對裂紋擴展起主要作用的S22保持較低的水平,Goss織構(gòu)的塑性區(qū)和J積分最大,Brass織構(gòu)的CTOD最大。由此說明Cube和S織構(gòu)具有較強的抵抗裂紋擴展的能力,Goss和Brass織構(gòu)具有較差的抵抗裂紋擴展的能力。雙織構(gòu)的裂紋尖端塑性區(qū)、Mises、S22和CTOD值相比較單織構(gòu)而言均有所降低,說明雙織構(gòu)比單織構(gòu)具有較強的抵抗裂紋擴展的能力;Cube-X雙織構(gòu)的CTOD、J積分和S22在最低水平,S-X雙織構(gòu)的CTOD、J積分和S22處在第二低水平;Cube-S織構(gòu)的裂紋尖端塑性區(qū)、S22和J積分最小,Brass-Goss織構(gòu)裂紋尖端塑性區(qū)、S22應(yīng)力、CTOD和J積分均為最大。由此說明含Cube織構(gòu)具有較強的抵抗裂紋擴展的能力,含Brass織構(gòu)具有較差的抵抗裂紋擴展的能力。通過數(shù)值手段模擬5E62疲勞裂紋的擴展行為,對實驗具有一定的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：5E62 疲勞裂紋擴展 擴展有限元(XFEM) 晶體塑性有限元(CPEM)
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.21
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 本文的研究背景9-10
• 1.2 飛機蒙皮的疲勞與斷裂10-13
• 1.2.1 疲勞研究內(nèi)容10
• 1.2.2 飛機結(jié)構(gòu)的損傷容限10-11
• 1.2.3 裂紋擴展分析11-13
• 1.3 裂紋擴展有限元模擬的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.4 本文的研究意義及主要內(nèi)容15-17
• 第2章 試驗研究及有限元模擬方法17-27
• 2.1 實驗分析過程17-19
• 2.1.1 實驗材料17-18
• 2.1.2 力學(xué)分析方法18-19
• 2.1.3 微觀組織觀察19
• 2.2 有限元模擬方法19-27
• 2.2.1 有限元法19
• 2.2.2 擴展有限元法基本原理19-21
• 2.2.3 晶體塑性有限元理論概述21-27
• 第3章 斷裂力學(xué)基本理論27-33
• 3.1 裂紋面開裂類型27-28
• 3.2 應(yīng)力強度因子28-30
• 3.3 裂紋尖端張開位移30-31
• 3.4 J積分理論31-33
• 第4章 5E62宏觀板材疲勞裂紋擴展過程有限元模擬33-47
• 4.1 模型的建立33-35
• 4.1.1 模型的材料參數(shù)33-34
• 4.1.2 有限元模型及邊界條件34-35
• 4.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析35-44
• 4.2.1 疲勞裂紋擴展路徑35-36
• 4.2.2 裂紋尖端應(yīng)力分布36-38
• 4.2.3 應(yīng)力強度因子K38-44
• 4.2.4 疲勞裂紋擴展速率44
• 4.3 本章小結(jié)44-47
• 第5章 不同織構(gòu)中裂紋擴展的有限元模擬47-57
• 5.1 織構(gòu)有限元模型的建立47-48
• 5.1.1 模型的材料參數(shù)47
• 5.1.2 有限元模型及邊界條件47-48
• 5.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析48-55
• 5.2.1 應(yīng)力分布48-52
• 5.2.2 裂紋尖端張開位移52-53
• 5.2.3 J積分53-55
• 5.3 本章小結(jié)55-57
• 結(jié)論57-59
• 參考文獻59-63
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文63-65
• 致謝65

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 陳錫棟;楊婕;趙曉棟;范細秋;;有限元法的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用[J];中國制造業(yè)信息化;2010年11期

2 劉劍;劉曉波;馮發(fā)強;;基于擴展有限元法對含孔洞平板多裂紋擴展模擬研究[J];失效分析與預(yù)防;2013年06期

  本文關(guān)鍵詞：5E62鋁合金疲勞裂紋擴展行為的有限元模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：340106