铝合金板材中心孔裂纹尖端塑性区数值计算
通过有限元对铝合金板材中心孔裂纹尖端处塑性区模拟计算,说明在裂纹尖端产生了较大的塑性区,并相应的计算出塑性区的大小。本文通过有限元模拟2124铝合金板材中心孔裂纹扩展情况。由于铝合金材料为典型的脆性材料,2124铝合金板材在疲劳加载情况下会先进行弹性形变,然后达到屈服强度后进行塑性形变。所以本文对2124铝合金板材进行有限元模拟时,先采用线弹性模型,计算裂纹扩展的应力强度因子,然后采用弹塑性模型,计算裂纹尖端的塑性区大小,从而进一步对裂纹尖端应力强度因子进行修正。在建立有限元模型时,以二维的Ramberg-Osgood(R-O)本构为基础,采用参数化的方式,这样是为了可以更好的对有限元程序进行调试。在有限元网格划分时,由于在相同精度下四边形单元的计算效率是三角形单元的几倍,所以采用四边形单元提高计算精度。有限元建模时,采用plane42、solid 45和solid 95三中单元,plane42单元是用于建立2D网格,solid45单元是用于建立3D网格,而solid95单元则是用于引入奇异单元。同时由于试样模型对称性,所以取1/4模型来进行计算。在计算裂纹尖端应力强度因子及塑性区大小时,我们采用恒ΔK方式和增ΔK两种加载方式来进行计算。首先在恒ΔK下,计算出相应的应力强度因子,他和理论值相吻合,同时观察得到的塑性区形状与理论形状相似,同时计算塑性区尺寸大小,首先证明有限元程序的正确性。进一步有限元模拟计算,在增大ΔK情况下不同预裂纹长度下塑性区的变化情况。经过有限元计算得到的塑性区尺寸大小最后可以近似用经验公式表达。
铝合金板材 中心孔裂纹 扩展速率 塑性区半径 应力强度因子
李永强 王建国
北京科技大学新金属材料国家重点实验室,北京100083
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2011-08-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）