弹塑性疲劳裂纹扩展行为的数值模拟

来源：机械工程学报杂志2015年第10期北京时间：

作者：樊俊铃, 郭杏林

单位：大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室 大连 116023

摘要：基于ABAQUS有限元软件建立内聚单元模型以研究I型弹塑性疲劳裂纹的扩展过程。利用UEL子程序定义内聚单元的疲劳损伤累积准则以识别疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的位置，并预测裂纹扩展速率da/dN。结果发现，预测的裂纹扩展速率与已有的试验结果吻合良好。通过ABAQUS软件中的温度-位移耦合分析方法同步获取裂纹扩展过程中因塑性变形能引起的裂纹尖端瞬态温度场的变化。结果显示，疲劳损伤累积准则所识别的裂纹尖端位置与裂纹扩展时最大温升点的位置具有一致性。这说明疲劳裂纹扩展过程中温度信号的变化也可以用于裂纹扩展规律的研究。基于数值模拟的方法验证了疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的温升信号ΔT与裂纹扩展速率da/dN、应力强度因子范围ΔK之间的幂函数关系。研究成果有望用于疲劳裂纹扩展寿命的快速预测。

关键词：裂纹扩展速率,内聚单元,疲劳裂纹,应力强度因子；

基金资助：国家自然科学基金(11072045)和国家留学基金委访问学者资助项目