碳納米管鎂基復合材料基體裂紋尖端應力強度因子有限元分析.pdf

1、現代結構力學分析迅速發(fā)展起來的一種快速有效的數值計算分析方法——有限元模擬分析（FEA）法。其廣泛應用于彈塑性計算、損傷破裂、動態(tài)力學、求解熱傳導方程、電磁場、電磁耦合場、流體力學的計算。它以常微分方程求解器為支撐軟件，用有限元的基本原理和思路推導基本理論公式，并由此進行深入的研究。裂紋是材料斷裂力學中的重要研究對象，在線彈性斷裂力學中裂紋尖端應力強度因子K1值是判斷裂紋尖端應力場強度理論之一，并且應力強度因子是衡量裂紋尖端應力場強弱的

2、關鍵參量。
　　本文第一章簡要介紹了國內外CNTs/AZ91D復合材料的研究背景和研究現狀以及應用前景。在此研究的基礎上，第二章利用有限元軟件建立了基體中含有裂紋的不同長徑比CNTs/AZ91D復合材料的有限元模型。研究了基體中裂紋長度、碳納米管長徑比、增強體彈性模量、基體彈性模量對鎂基體裂紋尖端應力強度因子的影響。探討了CNTs/AZ91D復合材料的強化機理和斷裂模式。模擬結果表明：鎂基體中三維裂紋尖端應力強度因子隨著裂紋長度的

3、增長呈現變大趨勢，而當裂紋貫穿基體擴展至增強體與基體的接觸面處時，應力強度因子急劇下降，這與雙邊材料的裂紋變化趨勢類似。在裂紋尖端應力場出現應力奇異性。裂紋尖端應力強度因子隨著增強體的彈性模量增大而減小，隨著基體的彈性模量的增大而增大等一系列規(guī)律。
　　之后第三章進一步建立了Ni-CNTs/AZ91D復合材料的三維有限元模型，研究了Ni-CNTs/AZ91D復合材料中的界面層厚度、界面層彈性模量、增強體長徑比等對裂紋尖端應力強度因

4、子的影響。研究結果表明：Ni-CNTs/AZ91D復合材料基體中裂紋尖端應力強度因子比CNTs/AZ91D復合材料基體裂紋尖端應力強度因子變大，而當裂紋擴展至增強體與基體接觸面附近時。Ni-CNTs/AZ91D復合材料裂紋尖端應力強度因子比CNTs/AZ91D復合材料的裂紋尖端應力強度因子下降程度劇烈。并且裂紋尖端的應力強度因子隨著界面層厚度的增大而增大，而隨著彈性模量的增加裂紋尖端應力強度因子呈減小的趨勢。當裂紋長度較小時，增強體長徑