彭凡
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马庆镇
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戴宏亮
复合材料学报
针对组分材料体积分数任意分布的聚合物功能梯度材料,研究其在蠕变加载条件下Ⅰ型裂纹应力强度因子(SIFs)和应变能释放率的时间相依特征.由Mori-Tanaka方法预测等效松弛模量,在Laplace变换域中采用梯度有限元法和虚拟裂纹闭合方法计算断裂参数,由数值逆变换得到物理空间的对应量.分析边裂纹平行于梯度方向的聚合物功能梯度板条,分别考虑均匀拉伸和三点弯曲蠕变加载.结果表明,聚合物梯度材料应变能释放率随时间增加,其增大的程度与黏弹性组分材料体积分数正相关;材料的非均匀黏弹性性质产生应力重新分布,导致裂纹尖端应力场强度随时间变化,当裂纹位于黏弹性材料含量较低的一边时,应力强度因子随时间增加,反之,随时间减小.而且,材料的应力强度因子与时间相依的变化范围和体积分数分布以及加载方式有关,当体积分数接近线性分布时,变化最明显,三点弯曲比均匀拉伸的变化大.SIFs随时间的延长增加或减小、加剧或减轻裂纹尖端部位的“衰坏”,表明黏弹性功能梯度裂纹体的延迟失稳需要联合采用应力强度因子与应变能释放率作为双控制参数.
关键词:
聚合物
,
梯度材料
,
黏弹性断裂
,
蠕变
,
应力强度因子
,
应变能释放率
赵震波
,
许希武
,
郭树祥
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160331.001
为明确梯度材料中裂纹扩展速率分布情况，对含裂纹TC11-TC4以及 TA15-TA2两种组合梯度钛合金进行标准三点弯疲劳试验。试验结果表明：梯度结构中不同部位的相同组分扩展性能相同，给出了4种3D 打印组分钛合金的Paris公式；梯度材料组分弹性模量的变化会改变裂纹尖端应力强度因子，对位于模量较低一侧的裂纹扩展有抑制作用；过渡层影响厚度范围内裂纹扩展速率介于两种组分之间且连续过渡，表明梯度材料可以消除异种材料连接的界面效应，提出基于组分材料体积分量的混合率描述梯度层中扩展性能的分布规律；恒定载荷试验中仅扩展方向不同情况下寿命有显著差别，验证了合理安排梯度参数可提高结构出现裂纹后的生存能力，其中扩展性能以及模量的变化分布对扩展寿命均有影响。
关键词:
梯度材料
,
疲劳扩展
,
Paris公式
,
扩展寿命
,
试验研究
