裂面形貌扰动和外载对微裂纹演变的影响

• 作 者: 王远鹏
• 机 构: 南京航空航天大学
• 出 处: 南京航空航天大学
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 微裂纹演变 有限元法 表面扩散 形貌扰动 应变能 材料微结构 材料损伤

材料内微裂纹的演变规律是材料微结构演变研究中的热点之一，具有重要的理论意义和工程应用价值。微裂纹演变是一非平衡热力学过程，受到外界环境、应力状态以及微裂纹自身几何形貌等多种因素的影响制约。本文基于材料微结构演变动力学的基本理论框架，建立了有限单元法，对材料损伤微裂纹演变过程中的多种影响因素进行了研究，主要研究内容如下：
首先，在表面扩散的经典理论及其弱解描述的基础上，编制了可模拟二维晶内裂纹、穿晶裂纹演变的有限元程序。
然后，建立了裂面形貌扰动影响下微裂纹的简化模型，并在程序中添加了可分析裂面形貌扰动影响的功能模块。数值模拟了晶内裂纹和穿晶裂纹的演化过程，系统的研究了微裂纹裂面形貌扰动大小、频率以及它们的综合因素对裂腔圆柱化时间和分节机制的影响。
最后，基于弹性力学和能量原理，导出了复杂应力状态下微裂纹表面原子化学位公式。并应用该公式修正无载荷作用的有限元方程，进而模拟了复杂应力状态下小形态比晶内裂纹的演变过程。初步分析了外加应力场对微裂纹演变时间的影响。