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基于近场动力学的金属板块损伤机理研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 论文主要研究内容

第二章 金属板块的近场动力学模型建立和算法实现

2.1 近场动力学基本理论

2.1.1 近场动力学的理论基础

2.1.2 数值方法

2.2 金属板块近场动力学数学模型的建立

2.2.1 ‘键’的微模量

2.2.2 ‘键’的临界伸长率

2.3 金属板块近场动力学本构模型参数的确定

2.3.1 外力体积力密度的确定

2.3.2 材料近场范围的选取

2.4 近场动力学的算法实现

2.5 算例分析

2.5 本章小结

第三章 基于近场动力学的金属板块裂纹扩展分析

3.1 断裂力学基本理论

3.1.1 裂纹问题的分类

3.1.2 格里菲斯(Griffith)理论

3.1.3 应力强度因子概念

3.2 基于近场动力学的金属板块裂纹扩展分析

3.2.1 中心对称90°裂纹模型

3.2.2 中心对称45°裂纹模型

3.3 近场动力学模型的有限元验证

3.3.1 有限元软件的选择

3.3.2 裂纹扩展分析算法设计

3.3.3 金属板块裂纹扩展有限元分析

3.4 本章小结

第四章 近场动力学模型的试验验证

4.1 试验简介

4.2 试验准备

4.2.1 试验材料

4.2.2 试验设备

4.3 试验原理

4.3.1 拉伸试验原理

4.3.2 数字图像相关技术(DIC)

4.4 试验过程

4.4.1 样品的制备

4.4.2 试验过程

4.5 试验结果与分析

4.5.1 试验结果与仿真结果对比

4.5.2 误差分析

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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摘要

为研究广泛应用于起重机械结构当中的金属材料的损伤机理,本文运用近场动力学的基本理论,构建了一种适用于金属板块的键基近场动力学模型,根据提出的模型,编制了相应的数值计算程序,并通过具体的数值计算实例和物理样件拉伸实验对该模型的有效性进行了论证。
  首先,对近场动力学的国内外现状,基本理论以及相应的数值方法进行了简要介绍。随后,研究并提出了一种基于近场动力学理论的金属板块渐进损伤机理的数学模型。借助于材料力学和弹性力学理论中的弹性变形和最大应变等概念,推导出了金属材料近场动力学模型的微模量c和临界伸长率s0等基本参量。并编制了金属板块近场动力学模型的分析程序,为金属板块的不连续力学问题分析提供了基础。
  其次,运用近场动力学方法对含初始裂纹的金属板块进行裂纹扩展模拟。并运用目前在渐进损伤方面使用广泛且相当成熟的有限元分析方法,利用有限元分析软件Abaqus在非线性分析中的极大优势,采用Python语言对其进行二次开发,编制了一套可以自动对预先存在裂纹的金属板块进行裂纹扩展模拟的程序,最后对两种不同角度的中心对称裂纹进行了扩展模拟,通过将该结果与近场动力学结果的比较分析,验证了近场动力学在裂纹扩展方面建模的正确性。
  最后,通过含圆孔金属板块的拉伸试验,对含圆孔金属板块在位移载荷作用下的变形及裂纹萌生、扩展等力学行为进行了实验研究。并将试验结果与近场动力学仿真结果进行了对比分析,进一步验证了本文近场动力学模型的有效性和准确性。

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