热解炭表面复合型裂纹初始起裂角研究

为了研究人工心瓣热解炭涂层表面半椭圆形微小裂纹的扩展行为,采用ABAQUS有限元分析与FRANC3D断裂分析软件对人工心瓣热解炭涂层表面半椭圆形中心裂纹初始起裂角进行仿真分析。研究结果表明:Ⅰ型和Ⅱ型裂纹初始起裂角在裂纹前缘中心取得最小值,在裂纹尖端取得最大值;裂纹深度不变时,Ⅰ型裂纹初始起裂角随裂纹倾斜角的增大而增大,Ⅱ型裂纹初始起裂角随裂纹倾斜角的增大先减小后增大;裂纹倾斜角不变时,裂纹深度越小,对模型表面裂纹初始起裂角的影响越大,且裂纹深度对Ⅰ型裂纹初始起裂角的影响大于Ⅱ型裂纹。

裂纹起裂角预测方法研究

为研究裂纹起裂角的预测方法,提出一个适用于岩石类材料小范围的屈服准则,旨在预测弹塑性材料的破坏行为。基于该屈服准则,推导出Ⅰ、Ⅱ及Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹尖端塑性区半径,并对在单轴拉伸和纯剪切等荷载作用下的裂纹尖端塑性区进行分析。结果显示,荷载加载方式、裂纹倾斜角和材料内摩擦角对塑性区形状与大小有显著影响。根据对裂纹尖端塑性区的分析,基于裂纹沿塑性区最短路径扩展这一假设,在所提屈服准则的基础上导出新的断裂准则,该准则可预测裂纹开裂初始角。相较于其他断裂准则,所提准则与文献试验结果吻合更好,能更加精确地预测裂纹起裂角。