Cu/WC_p叠层功能梯度材料疲劳裂纹扩展速率的数值模拟

郭荣鑫^1,2，索玉霞¹，牛治亮¹，夏海廷^1,2，颜峰^1,2，张玉波³，李一博⁴

1. 昆明理工大学建筑工程学院云南省土木工程防灾重点实验室(筹)2. 昆明理工大学云南省先进材料力学行为与微结构设计高校重点试验室3. 云南农业大学建筑工程学院4. 黄河勘测规划设计有限公司

摘 要：本研究基于FRANC2D（Fracture Analysis Code in 2 Dimensions）二维断裂分析有限元软件,并结合大型有限元软件ABAQUS,对Cu/WC_p双层及多层功能梯度材料的疲劳裂纹扩展进行数值模拟研究,控制疲劳裂纹沿不同梯度方向扩展,计算出裂纹扩展中的应力强度因子幅（ΔK）,绘制出疲劳裂纹扩展速率曲线,以及裂纹扩展速率和裂尖距界面距离l的关系曲线（da/dN-l）,将模拟计算结果与试验结果进行对比分析。研究表明:结合FRANC2D和ABAQUS的数值模拟方法,在比较复杂的叠层功能梯度材料有限元模型建立中具有很大的优势,可以快速地计算功能梯度材料的应力强度因子值;发现材料梯度层间界面的存在以及材料梯度含量的变化,对功能梯度材料裂纹扩展的整个阶段都存在很大影响;梯度层的数量对功能梯度材料的疲劳裂纹扩展速率也有一定影响。

关键词：叠层功能梯度材料;疲劳裂纹扩展;应力强度因子幅(ΔK);FRANC2D ABAQUS;数值模拟;