為模擬二維疲勞裂紋的擴(kuò)展,建立了一種基于普通態(tài)基近場動力學(xué)的疲勞裂紋擴(kuò)展模型.首先,在普通態(tài)基近場動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,利用動態(tài)松弛算法得到最大循環(huán)載荷下鍵的應(yīng)變值,并通過計算物質(zhì)點的平均鍵應(yīng)變值確定裂紋尖端位置及損傷區(qū)域.然后,在模擬過程中設(shè)置循環(huán)斷鍵數(shù),當(dāng)損傷區(qū)域內(nèi)的斷鍵數(shù)達(dá)到循環(huán)斷鍵數(shù)時,更新鍵的應(yīng)變值并進(jìn)行下一輪運算.最后,分別通過模擬緊湊拉伸試樣和中心斜裂紋板的疲勞裂紋擴(kuò)展來驗證模型的有效性.結(jié)果表明,設(shè)置合適的循環(huán)斷鍵數(shù)后,模型計算效率得到提高,且能獲得精細(xì)的裂紋擴(kuò)展路徑和準(zhǔn)確的裂紋擴(kuò)展速率,所得裂紋擴(kuò)展路徑及a-N曲線均與試驗結(jié)果一致.

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【部分圖文】：

式中,t為力標(biāo)量態(tài);M=(ξ+η)/(|ξ+η|)為單位方向矢量態(tài).分別定義加權(quán)因子m、膨脹標(biāo)量態(tài)函數(shù)θ和偏量態(tài)ed為

式中,a為裂紋長度;εcore為核心鍵的循環(huán)應(yīng)變,核心鍵是裂紋尖端附近應(yīng)變最大的鍵,如圖2所示(圖中只顯示與裂紋路徑垂直且對稱的鍵);參數(shù)β表示幾何形狀對應(yīng)變分布的影響.在斷裂力學(xué)中,疲勞裂紋擴(kuò)展的Paris公式為

為分析循環(huán)斷鍵數(shù)對模擬結(jié)果的影響和驗證PD疲勞模型的有效性,對文獻(xiàn)[14]中ADB610鋼的CT試樣疲勞裂紋擴(kuò)展進(jìn)行模擬.在板厚為20mm的ADB610鋼板上截取形狀相同的7個CT試樣,裂紋尖端平行于鋼板軋制方向,試樣尺寸如圖4所示,長度W=50mm,厚度B=12.5mm.....

為進(jìn)一步驗證PD疲勞模型對二維疲勞裂紋擴(kuò)展的模擬效果,對文獻(xiàn)[15]中斜裂紋板的疲勞裂紋擴(kuò)展進(jìn)行模擬.如圖7所示,平板尺寸為300mm×100mm×2mm,中心有一穿透斜裂紋,裂紋長度為10mm,與垂直中心線的夾角為60°,U和V分別為左右兩側(cè)裂紋尖端,材料為2024-T....

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