刚性压头I型触压应力强度因子计算.pdf

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1、第42卷第6期当代化工VO].42.N0.62013年6月ContemporaryChemicalIndustrydune.2Oi3刚性压头l型触压应力强度因子计算魏承岩,魏嘉(1.沈阳东洋制钢有限公司,辽宁沈阳110024;2.中国寰球工程公司辽宁分公司,辽宁抚顺113006)摘要:平面压痕在机械性能的研究中有着广泛的应用。分析刚性压头与弹性半平面非线性触压时,发现在触压拐角处应力急剧增大有明显的应力集中现象,而且同I型裂纹有类似的应力场分布,因此可以把触压问题看成一种特殊的裂纹。分别使用了位移外推法和J积分法,求得了裂纹的应力强度因子。两种方法得到的应力强度因子相差很小,并讨论了

2、不用材料对压痕深度的影响。关键词:断裂力学:有限元;应力强度因子中图分类号:TQ050文献标识码:A文章编号:1671—0460(2013)06—0877—02IntensityFactorCalculationofContactingStressofRigidPressureHeadTypeIWEICheng-yan,WEIJia(1.ShenyangOrientalSteelCompany,LiaoningShengyang110024,China;2.ChinaHuanqiuContracting&EngineeringCorp.LiaoningSubcompany,Liaon

3、ingFushun113006,China)Abstract:Planepressuretracehasbeenwidelyappliedinthestudyonthemechanicalproperty.Duringanalyzingnonlinearcontactingpressurebetweentherigidpressureheadandelastichalfplane,it’Sfoundthatthecontactingstressatthecomerincreasesrapidlyandthestressconcentrationphenomenonisobvious.

4、AndtypeIcrackhassimilarstressfielddistribution.Sotheproblemofthecontactingpressurecanbetreatedasaspecialcrack.InthisPaDer,thedisplacementextrapolationmethodandJintegra1methodwererespectivelyusedtogetthestressintensityfactorofthecrack.Thediferenceofstressintensityfactorsgottenbythetwomethodswasv

5、erysmal1.Atlast,theinfluenceofdiflferentmaterialsonimpressdepthwasdiscussed.Keywords:Fracturemechanics;Thefiniteelement;Stressintensity接触问题是弹性力学中的一类问题,接触理论考虑压头与弹性半平面之间摩擦力的情况下,由弹性已经广泛应用于生产生活中的各个领域。由于接触力学可以得到在压头拐角处的局部应力解为皿:问题的非线性,用经典的方法求解他的精确解是十a旦一0sin),~x—c。0。s(1-sin“)分困难的,而用有限元法可以十分简单的得到它的KI数值解

6、⋯。当刚性压头压在弹性体的表面上时,弹O-22v一4。s旦(1+sin旦sin)2nr222性体容易在接触边界上产生类似于I型裂纹的应力K..0030(1)O"12场,且弹性体裂纹的产生扩展主要取决于接触边界v/27tr222x的奇异应力场。在接触应力场中应力强度因子代表其中,,为应力分量,,为径向坐标,为应了应力场的强度,当应力强度因子达到材料的断裂力强度因子且有:韧性时,裂纹开始扩展。由于接触断裂力学中假定KI=_(2)弹性体的缺陷要比接触的区域小的多,可以认为是无缺陷,因而失效的主要原因是由于接触压力引起的开l刚性压头裂。因此求得此处的应力强度因子是十分必要的。\I1压痕问题的

7、数学模型1.1压痕拐角的应力场\__/\平面对于绝对刚性的压头作用在弹性半平面上,弹性半平面变形后在压头接触区是一条直线,如图1所示,图1刚性压头压入弹性半平面Fig.1Rigidindenterpressinelastichalfplane压头的尺寸为2a,作用在法线上的集中力为P,在不收稿日期:2013-04—06作者简介:魏承岩(1963-),男,辽宁抚顺人,工程师,1985年毕业于华南理工大学,研究方向:现从事机械设备管理工作。化工2013年6月1

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