裂纹扩展和裂尖变形机理的多尺度耦合数值模拟方法

论文摘要

利用提出的多尺度五区数值模型,实现了单边裂纹的平板α铁在宏观载荷作用下三个不同尺度(原子尺度、细观尺度、连续介质尺度)力学参量之间的耦合及传递,模拟了裂尖变形和裂纹扩展的多尺度演化过程。根据多尺度五区数值模型将平板建设为五个区域。其中:Ⅴ区为宏观尺度区,利用有限元方法对单边裂纹板进行动态数值分析,基于虚拟裂纹闭合法(VCCT)计算应力强度因子KI;Ⅳ区为包围裂尖的细观尺度有限元模型,Ⅳ区与Ⅴ区宏观尺度模型通过有限宽板应力强度因子表达式联系,从而获得Ⅳ区细观断裂模型的应力边界,并将其用于有限元加载,获得该区的位移场;Ⅰ区为嵌在Ⅳ区内的分子动力学模型区,通过该区的分子动力学计算可获得裂纹扩展和裂尖变形的机制,模拟裂纹分叉、堆垛层错、空位微观变形与失效机制等;Ⅱ区和Ⅲ区为分子动力学Ⅰ区与连续介质Ⅳ区之间的交互影响区,有限元结果通过Ⅲ区为分子动力学区提供载荷条件,分子动力学结果借助于Ⅱ区修正有限元的边界条件,实现了原子尺度离散区与连续介质区力学参量之间相互影响的动态耦合。

论文目录

• 0 引言
• 1 模型与方法
•   1.1 有限元控制方程
•   1.2 分子动力学理论与计算
•   1.3 有限元与分子动力学耦合方法
•     1.3.1 Ⅴ区宏观有限元模型
•     1.3.2 Ⅳ区细观有限元模型
•     1.3.3 原子尺度的分子动力学模型
•     1.3.4 分子动力学计算影响有限元计算的耦合模型
• 2 结果与讨论
•   2.1 有限元与原子边界传递的近似方法的讨论
•   2.2 不同晶面裂纹扩展的模式
•   2.3 数值模拟结果的实验验证
• 3 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 盛鹰,朱星亮,曾祥国,贾彬,文军

关键词: 裂纹扩展,裂尖变形,多尺度数值模型,虚拟裂纹闭合法,分子动力学

来源: 材料导报 2019年14期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑,基础科学

专业: 力学

单位: 工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室,西南科技大学土木工程与建筑学院,西南交通大学数学学院,四川大学建筑与环境学院

基金: 中国空气动力研究与发展中心超高速碰撞研究中心开放基金(20183204),西南科技大学博士基金(17zx7149)~~

分类号: O346.1

页码: 2419-2425

总页数: 7

文件大小: 4539K

下载量: 309