裂紋尖端激光止裂的數(shù)值模擬及分析.pdf

1、類似裂紋的缺陷大量地存在于材料和工程結(jié)構(gòu)中，裂紋不僅降低了材料和工程結(jié)構(gòu)的承載能力，而且在服役過程中裂紋尖端會發(fā)生應力集中，往往會造成結(jié)構(gòu)件的斷裂破壞，甚至誘發(fā)災難性事故，因此，研究如何阻止裂紋擴展具有重要的理論意義和實用價值。
　　裂紋尖端區(qū)域是整個裂紋體中最危險的區(qū)域，所以研究如何阻止裂紋尖端失穩(wěn)擴展是裂紋止裂的關(guān)鍵。目前，由于實驗的復雜性和經(jīng)濟性，數(shù)值模擬方法成為開展裂紋止裂研究的有效手段，本文基于ABAQUS平臺，采用常規(guī)

2、有限元分析方法和擴展有限元分析方法分別對準靜態(tài)靜止裂紋和準靜態(tài)擴展裂紋進行裂紋尖端激光止裂研究。
　　首先，對裂紋尖端激光止裂過程當中的溫度場進行了數(shù)值模擬。在數(shù)值模擬過程中，基于ABAQUS平臺調(diào)用VisualFortran中編制的激光熱源用戶子程序，考慮材料各物理參數(shù)隨溫度的變化，為了提高計算精度、減少計算時間，對模型進行分割，對裂紋尖端網(wǎng)格進行細化，通過數(shù)值模擬結(jié)果的后處理，給出各節(jié)點溫度隨時間變化的分布曲線。
　　其

3、次，基于溫度場模擬結(jié)果，通過熱力順序耦合對殘余應力場分布進行了數(shù)值模擬。在數(shù)值模擬過程中，分析連續(xù)激光熱源和脈沖激光熱源對殘余應力場模擬結(jié)果的影響，并且分析不同裂紋長度對裂紋尖端殘余應力場分布的影響，結(jié)果表明:在不考慮脈沖激光沖擊波壓力的前提下，裂紋尖端連續(xù)激光和脈沖激光止裂的殘余應力場模擬結(jié)果相同;裂紋長度越小，裂紋擴展方向及厚度方向上的殘余壓應力值越大。
　　再次，通過常規(guī)有限元分析方法獲得準靜態(tài)靜止裂紋的裂紋尖端張開角度CT

4、OA及J積分結(jié)果。結(jié)果表明:裂紋尖端激光止裂前、后，裂紋尖端最危險區(qū)域均為中間層;止裂后，裂紋尖端失穩(wěn)擴展的臨界載荷增大，試件的承載能力隨之增強;此外，J積分分析表明，止裂處理后裂紋尖端存在閉合趨勢。
　　最后，通過擴展有限元分析方法獲得準靜態(tài)擴展裂紋的裂紋尖端張開位移CTOD及J積分結(jié)果。結(jié)果表明:止裂后，裂紋尖端失穩(wěn)擴展的臨界載荷增大，試件的承載能力隨之增強;此外，J積分分析表明，止裂處理后裂紋尖端存在閉合趨勢。
　　總