基于MD和CFEM的镍基材料动态断裂行为多尺度方法研究

发布时间：2025-06-27 04:42

　　金属材料的破坏行为是一个跨微观、介观和宏观的复杂多尺度问题,近年来吸引了国内外学者的广泛研究兴趣。一种理想的研究共识是分别在不同尺度下对金属材料破坏过程进行研究,最后通过一种多尺度方法将各个尺度的分析结果耦合在一个共同的分析平台上,并能够有效实现从微观到宏观的跨尺度数据流动和连续性的数值模拟过程。但是,经过国内外学者多年来的共同探索和研究,大家一致认为要实现这样理想的目标,仍需要有很多关键的理论和方法需要突破。因此,本文采用的是一种基于分子动力学分析（MD）和内聚有限单元法分析（CFEM）相结合的跨尺度分析方法。本文以镍基合金（GH4169）为研究对象,首先在微观尺度下采用分子动力学方法研究了金属材料的变形失效机制、位错反应过程以及获取其T-S曲线,为宏观尺度提供相关材料参数;在宏观尺度下采用内聚有限单元法模拟金属材料的随机断裂过程以及其动态断裂韧度,最后通过动态断裂实验获得动态断裂韧度实验值验证多尺度方法的正确性。在实验方面,利用分离式Hopkinson压杆设备对镍基合金GH4169进行了三组不同冲击速度的三点弯曲断裂实验。在实验中,利用在入射杆中间位置对称分布的两片应变片获得不同速度...

【文章页数】：100 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2.1多尺度模拟方法示意图

重庆理工大学硕士学位论文12算得到断裂韧度KIC。将KIC的模拟值与实验值进行对比，验证分子动力学得到的T-S曲线的正确性以及多尺度方法的计算准确性。图2.1多尺度模拟方法示意图2.3内聚力模型及T-S曲线获取耦合分子动力学与有限元方法的关键是T-S曲线，而T-S曲线的理论基础则....

图2.2内聚力模型裂纹扩展断裂过程示意图及牵引-分离关系曲线[82，83]

2基于MD与CFEM方法的多尺度数值模拟研究方法13图2.2内聚力模型裂纹扩展断裂过程示意图及牵引-分离关系曲线[82，83]内聚力模型的牵引-分离关系根据材料的韧性断裂和脆性断裂，主要分为两种，如图2.2(b)所示[83]。以脆性断裂为例，当材料破坏前，首先发生弹性变形，T-S....

图2.3分子动力学模型中划分内聚区域示意图

重庆理工大学硕士学位论文14式中，un和ut和分别为裂纹面处实际法向和切向位移张开量，δn和δt为裂纹面发生断裂时最大法向和切向位移张开量。当0≤λ≤λcr时，裂纹面处应力的法向和切向分量可表示为[88]：maxmaxnnncrtttcruTTuTT(2.2)当λcr≤λ≤1时[....

图2.4ABAQUS中相邻体单元间批量生成cohesive单元示意图

重庆理工大学硕士学位论文16则如图2.4（d）所示，即顺着体单元编号继续向下编号，如单元1-6为体单元，单元7-12为cohesive单元，最终生成图2.4（d）中新的含0厚度cohesive单元的有限元模型。图2.4ABAQUS中相邻体单元间批量生成cohesive单元示意图2....

本文编号：4053827