三维表面裂纹扩展轨迹与数值仿真研究

针对三维表面裂纹扩展形态和轨迹难以预测的特点，基于ANSYS有限元分析软件，利用三维裂纹扩展仿真方法，开发三维裂纹扩展程序，研究典型的三维表面单裂纹与三维非等大共面表面双裂纹扩展轨迹，实现了任意三维多裂纹扩展轨迹的数值模拟。主要研究内容与结论如下：针对三维表面单裂纹模型，当初始裂纹形状c/a>1时，最深处的应力强度因子值大于自由表面处应力强度因子值，随着裂纹的不断扩展，前缘会渐渐趋于稳定的圆形。而对于三维非等大共面表面双裂纹，较大的裂纹扩展速率大于较小的裂纹。开始时2条裂纹均沿光滑的样条曲线扩展，后来受到另一条裂纹的影响，在彼此接近处，由于应力放大作用，此部位的应力强度因子变大，扩展速率也会高于裂纹前缘其他部位。