【摘 要】
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本文为了用数值模拟方法探究Al-12Si-4Cu-x Mn系耐热铝合金金中Al15Mn3Si2耐热相对裂纹萌生与扩展的影响,基于ABAQUS平台进行二次开发,实现了一种不假定完美界面条件下的全嵌入零厚度内聚单元模型（FECEM）。基于FECEM模拟,研究第二相颗粒弹性模量、颗粒尺寸、颗粒与裂纹的相对位置和颗粒界面强度对裂纹扩展的影响,并考察了Al-12Si-4Cu-x Mn合金中Al15Mn3Si
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本文为了用数值模拟方法探究Al-12Si-4Cu-x Mn系耐热铝合金金中Al15Mn3Si2耐热相对裂纹萌生与扩展的影响,基于ABAQUS平台进行二次开发,实现了一种不假定完美界面条件下的全嵌入零厚度内聚单元模型（FECEM）。基于FECEM模拟,研究第二相颗粒弹性模量、颗粒尺寸、颗粒与裂纹的相对位置和颗粒界面强度对裂纹扩展的影响,并考察了Al-12Si-4Cu-x Mn合金中Al15Mn3Si2耐热相形状对室温和高温下裂纹扩展及裂纹起源的影响,取得了如下的研究结果:（1）基于该模型,对I型、II型和复合型静态裂纹和纤维/树脂复合材料中裂纹扩展进行模拟,证明了FECEM在模拟裂纹和不假设完美界面时裂纹扩展的准确性。（2）基于FECEM在不假设完美界面条件下研究了第二相颗粒性质对准静态裂纹扩展的影响。结果表明,第二相颗粒弹性模量、颗粒尺寸及与裂纹的相对位置对裂纹扩展方式、扩展速率和界面内裂纹萌生有显著的影响,而颗粒界面强度的影响不大。颗粒弹性模量越高、颗粒尺寸越大、颗粒越正对着裂纹,第二相颗粒对裂纹扩展的阻碍作用越大、扩展速率越小。（3）裂纹抵达第二相颗粒边界时,决定其沿着界面扩展还是刺入第二相因素是第二相与基体的强度差异和裂纹接触第二相时与界面切线的夹角。第二相颗粒对裂纹扩展阻碍作用大时,在颗粒界面附近产生高强度的应力集中,促使界面上萌生内裂纹并与主裂纹汇合后沿界面扩展。（4）基于FECEM模拟,探究了室温和300℃条件下Al-12Si-4Cu-x Mn合金中Al15Mn3Si2耐热相对裂纹的萌生与扩展的影响。结果表明,室温下,Al-12Si-4Cu-x Mn合金中长短轴比小的Al15Mn3Si2耐热相严重阻碍了裂纹的扩展,而长短轴比大耐热相阻碍作用并不明显。300℃下,无论耐热相形态如何,对裂纹有一定程度上的阻碍作用。300℃由于耐热相与基体的强度差,表面嵌有两种形态的Al15Mn3Si2耐热相的界面上都会萌生裂纹,然后扩展进入基体内变为主裂纹。
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