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
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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

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