TC4鈦合金試樣漸進破壞試驗與數值研究

劉 超， 孫 秦， 劉彥杰

(西北工業大學 航空學院，西安710072)

金屬材料的單向拉伸試驗為研究材料基本力學性能提供了數據參考。模擬金屬棒材試件在單向拉伸狀態下的裂紋形成與擴展直至完全斷裂的全過程非常必要。數值仿真與真實試驗相比成本低，并能獲得真實試驗難以測量的數據。因此，基于斷裂力學或損傷力學為基本理論進行數值模擬延性金屬構件的斷裂過程一直是工程材料力學性能研究中的熱點。在對光滑圓試樣和帶缺口試樣的有限元仿真計算中，通常選用含旋轉的軸對稱單元(二維單元)來劃分網格，將本應選用體單元劃分網格進行分析的三維應力問題進行簡化。三維應力狀態下的數值計算更接近于試件單向拉伸直至斷裂的整個過程。

楊慶生等［1］基于自適應有限元法的基本原理并假設裂紋沿著單元之間的路徑連續擴展，發展了一種可隨裂尖連續移動的網格動態加密和釋放方法。黃向平等［2］討論了自適應有限元模擬裂紋擴展的網格生成技術，通過修改裂紋周圍單元的形狀及單元間的鄰接關系，實現網格動態劃分對裂紋擴展的跟蹤。上述研究均基于斷裂力學基本理論并用有限元法進行數值分析，其局限性為必須確定裂紋擴展的路徑或不斷地重新劃分網格。文獻［3 ～5］分別利用邊界元方法、熱權函數法和多虛擬裂紋擴展技術、有限元法研究了三維狀態下I 型裂紋擴展。然而其局限性為均采用斷裂力學方法研究，所選構件必須含有初始裂紋，無法模擬無初始裂紋構件的裂紋萌生。……