颗粒增强复合材料三维断裂行为的数值模拟

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颗粒增强复合材料具有传统材料所不具备的优异性能,在工业界有非常广泛的应用。这类复合材料在制备和服役过程中不可避免会产生大量的裂纹,这些裂纹的进一步扩展极有可能造成材料的破坏,引起不可估量的损失,因此研究颗粒增强复合材料的断裂性能具有非常重要的意义。首先介绍了J积分求解应力强度因子的基本理论;利用有限元软件ABAQUS建立了含椭圆表面裂纹的无限大板的三维有限元分析模型;求解了均匀材料的表面裂纹前缘应力强度因子,与已有的成果作比较,验证本文求解应力强度因子方法的准确性。在机械载荷作用下,以ZrB2-SiC复合材料为例建立三维有限元模型,研究增强颗粒位置、大小、形状等因素对半椭圆形表面裂纹前缘应力强度因子的影响,得到相关结论。在稳态升温条件下研究颗粒增强复合材料三维断裂行为,讨论了增强颗粒位置、大小、形状对半椭圆表面裂纹前缘的应力强度因子的影响,指出与机械载荷作用情况的异同。
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