铝合金板材中心孔裂纹尖端塑性区数值计算
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- 2021-04-27
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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,并相应地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。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,达到屈服强度后进行塑性形变。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-Os-good(R-O)本构为基础,采用参数化的方式,这样是为了可以更好地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 95三种单元,plane42单元用于建立2D网格,solid45单元用于建立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,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,其值和理论值相吻合,同时观察得到的塑性区形状与理论形状相似,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。
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