微动工况下裂纹扩展仿真分析*

赵一舟，李 俨，土 旗，唐正强

(贵州大学机械工程学院，贵阳 550025)

0 引言

在材料加工与实际应用过程中，不同材料会因自身存在不同缺陷导致材料内部结构出现裂纹、裂缝等微动疲劳现象[1]。裂纹、裂缝的产生会随时间与外载荷作用下在材料中继续扩展，在内部结构中产生断裂失效以致急速降低结构使用寿命[2-4]。

微动疲劳现象通常发生在微、纳米量级的相对运动和交变载荷同时作用下的两个紧密接触物体之间[5]。文献[6-8]认为在一定条件下，结构脆性断裂问题中材料本身所具有微裂纹、裂缝等微动疲劳缺陷会诱导裂纹的萌生、扩展，降低工件的疲劳寿命，造成工件的断裂破坏。构件本身所固有的组织缺陷或加工所造成的损伤会产生初始裂纹，初始裂纹在相对运动和交变载荷的共同作用下发生扩展导致构件的断裂破坏[9]。本文将基于Python二次开发利用ABAQUS自带的围线积分算法和对网格重划分程序的编制对微动工况下的裂纹扩展进行建模分析。对微动情况下多裂纹任意路径扩展进行模拟，对不同往复位移幅值和不同下压深度下的裂纹扩展进行模拟，以探究不同往复位移幅值和不同下压深度对多裂纹扩展的应力强度因子、裂纹扩展结果与最终扩展轮廓等影响。

1 向量式有限元法基本理论

1.1 多应力裂纹判定依据

在研究裂纹扩展规律时，常把构件中各种因素导致裂纹产生原因根据初始裂纹不同的特点简化为三种基本类型，如图1所示：I型(裂纹面和裂纹所受拉应力呈现，使初始裂纹面角度呈扩大趋势并且裂纹向里扩展)；……