冲击载荷下镁铝合金裂纹动态扩展过程的数值模拟

郭历伦 钟卫洲 陈忠富 罗景润

郭历伦, 钟卫洲, 陈忠富, 罗景润. 冲击载荷下镁铝合金裂纹动态扩展过程的数值模拟[J]. 爆炸与冲击, 2016, 36(5): 648-654. doi: 10.11883/1001-1455(2016)05-0648-07
引用本文: 郭历伦, 钟卫洲, 陈忠富, 罗景润. 冲击载荷下镁铝合金裂纹动态扩展过程的数值模拟[J]. 爆炸与冲击, 2016, 36(5): 648-654. doi: 10.11883/1001-1455(2016)05-0648-07
Guo Lilun, Zhong Weizhou, Chen Zhongfu, Luo Jingrun. Numerical research on dynamic fracture process of magnalium alloy under impact load[J]. Explosion And Shock Waves, 2016, 36(5): 648-654. doi: 10.11883/1001-1455(2016)05-0648-07
Citation: Guo Lilun, Zhong Weizhou, Chen Zhongfu, Luo Jingrun. Numerical research on dynamic fracture process of magnalium alloy under impact load[J]. Explosion And Shock Waves, 2016, 36(5): 648-654. doi: 10.11883/1001-1455(2016)05-0648-07

冲击载荷下镁铝合金裂纹动态扩展过程的数值模拟

doi: 10.11883/1001-1455(2016)05-0648-07
基金项目: 

中国工程物理研究院科学技术发展基金项目 11302211

详细信息
    作者简介:

    郭历伦(1979—),男,博士, 副研究员, gllcr@163.com

  • 中图分类号: O347.3

Numerical research on dynamic fracture process of magnalium alloy under impact load

  • 摘要: 采用基于黏聚裂纹模型的扩展有限元方法,开展了镁铝合金结构冲击破坏过程的数值模拟研究。通过镁铝合金三点弯曲试样冲击实验,获得了不同子弹撞击速度下试样的冲击破坏模式。在此基础上,建立了实验结构的扩展有限元模型,并采用最大主应力准则,以及含损伤型的本构关系模拟材料的冲击断裂行为。对于裂纹尖端附近区域,采用黏聚裂纹模型模拟裂纹的断裂过程。对子弹速度分别为12.2、15.1、26.3 m/s的3种工况下镁铝合金试样的动态破坏过程进行了数值模拟研究,获得了与实验相一致的断裂模式。计算结果表明,试样以Ⅰ型断裂模式为主,裂纹沿初始预制裂纹方向扩展。当裂纹扩展到一定程度后,在试样韧带区域被撞击端附近,由于应力波及边界效应导致该区域处于复杂应力状态,试样出现复合型断裂模式,裂纹偏离原扩展路径,与本文实验结果相吻合。
  • 图  1  结构示意图

    Figure  1.  Sketch of specimen

    图  2  实验结构的网格、边条及载荷

    Figure  2.  Finite element model, boundary condition and loads in the experimental system

    图  3  试样的网格模型

    Figure  3.  Finite element model of specimen

    图  4  初始裂纹位置的定义及显示

    Figure  4.  Definition and display of the initial crack

    图  5  试样破坏情况

    Figure  5.  Fractured specimen

    图  6  子弹打击速度为12.2 m/s时试样裂纹扩展过程

    Figure  6.  Fracture process at a bullet velocity of 12.2 m/s

    图  7  子弹打击速度为15.1 m/s时试样裂纹扩展过程

    Figure  7.  Fracture process at a bullet velocity of 15.1 m/s

    图  8  子弹打击速度为26.3 m/s时试样裂纹扩展过程

    Figure  8.  Fracture process at a bullet velocity of 26.3 m/s

    表  1  镁铝合金三点弯曲实验概况

    Table  1.   Overview of the magnesium alloy three-point bending specimen

    试样 MgAl-1 MgAl-2 MgAl-3 MgAl-4 MgAl-5
    v/(m·s-1) 12.2 15.1 21.0 26.3 31.5
    破坏情况 未断开 断开 断开 断开 断开
    下载: 导出CSV
  • [1] 庄茁, 柳占立, 成斌斌, 等.扩展有限单元法[M].北京:清华大学出版社, 2012:1-7.
    [2] 郭历伦, 陈忠富, 罗景润, 等.扩展有限元方法及应用综述[J].力学季刊, 2011, 32(4):612-625. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lxjk201104020

    Guo Lilun, Chen Zhongfu, Luo Jingrun, et al. A review of the extended finite element method and its applications[J]. Chinese Quarterly of Mechanics, 2011, 32(4):612-625. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lxjk201104020
    [3] Belytschko T, Black T. Elastic crack growth in finite elements with minimal remeshing[J]. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 1999, 45(9):601-620. doi: 10.1002-(SICI)1097-0207(19990620)45-5-601--AID-NME598-3.0.CO%3b2-S/
    [4] Remmers J J C, Borst R D, Needleman A. The simulation of dynamic crack propagation using the cohesive segments method[J]. Journal of the Mechanics and Physics of Solid, 2008, 56(1):70-92. doi: 10.1016/j.jmps.2007.08.003
    [5] Song J H, Areias P M A, Belytschko T. A Method for dynamic crack and shear band propagation with phantom nodes[J]. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 2006, 67(6):868-893. doi: 10.1002/(ISSN)1097-0207
    [6] 张守中.爆炸与冲击动力学[M].北京:兵器工业出版社, 1993:248-248.
    [7] 程靳, 赵树山.断裂动力学[M].北京:科学出版社, 2006:135-137.
    [8] Mohammadi S. Extended finite element method for fracture analysis of structures[M]. Tehran, Iran: Blackwell Pulishing Ltd, 2008:187-188.
  • 加载中
图(8) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  4672
  • HTML全文浏览量:  1340
  • PDF下载量:  531
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2015-01-13
  • 修回日期:  2015-06-01
  • 刊出日期:  2016-09-25

目录

    /

    返回文章
    返回