【摘 要】
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脆性材料的力学性能较为优异,但脆性材料在极小的应变下即可形成导致材料破坏的裂纹。多数结构的破坏源于微裂纹扩展发育形成宏观裂纹,伴随宏观裂纹的扩展直至最终材料完全破坏。因此如何抑制裂纹的萌生及扩展是阻碍脆性材料破坏的根本问题。本研究采用离散单元法数值模拟,对Al2O3这一典型的脆性材料进行模拟,观察微观尺度下材料的破坏过程。具体研究工作如下:本论文介绍了本研究工作所采用的离散单元法力学模型。考察了预
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脆性材料的力学性能较为优异,但脆性材料在极小的应变下即可形成导致材料破坏的裂纹。多数结构的破坏源于微裂纹扩展发育形成宏观裂纹,伴随宏观裂纹的扩展直至最终材料完全破坏。因此如何抑制裂纹的萌生及扩展是阻碍脆性材料破坏的根本问题。本研究采用离散单元法数值模拟,对Al2O3这一典型的脆性材料进行模拟,观察微观尺度下材料的破坏过程。具体研究工作如下:本论文介绍了本研究工作所采用的离散单元法力学模型。考察了预制裂纹在拉伸加载条件下的动态扩展过程。研究结果表明裂纹的传播形式随加载速度的变化而变化。裂纹尖端颗粒的速度梯度是导致水平方向颗粒断键、失稳分叉的直接原因。本论文模拟研究了孔洞如何影响裂纹扩展行为。模拟结果表明,当孔洞距离预制裂纹较近时,孔洞首先会促进预制裂纹的扩展,但当扩展裂纹与孔洞交汇时,孔洞会阻碍裂纹的进一步扩展,直至试样的应力状态增大到一定程度后裂纹才会继续扩展;当孔洞距离预制裂纹尖端较远时,孔洞的存在对预制裂纹的扩展行为几乎无影响。本论文研究了单轴压缩加载条件下,颗粒材料的破坏行为。模拟结果表明,材料破坏分为拉伸断裂和剪切断裂两部分。随颗粒半径增大,其破坏强度呈单调减小直至趋近于某一恒定值的变化趋势。分析结果表明,导致颗粒材料破坏的裂纹形成的机理为拉伸破坏,而颗粒尺寸增大提高了剪切区域裂纹萌生位置的拉应力集中,进而降低颗粒的破碎强度。
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