应变梯度塑性中的 I 型与 II 型应力强度因子及位错密度行为
应用物理
2021-10-19 v1 材料科学
计算工程、金融与科学
摘要
在本研究中，我们使用基于机制的应变梯度塑性理论来评估裂纹尖端位错密度行为，以及材料塑性性质与材料内禀长度对非线性幅值因子的耦合效应。考察了两种平面经典应力-应变状态，即平面应变和平面应力，均在纯 I 型和纯 II 型加载条件下。本构关系基于 Taylor 位错模型，该模型能够深入理解裂纹附近塑性应变大梯度引起的位错密度增加的作用。该材料模型使用用户子程序在商业有限元（FE）软件包中实现，并将非线性应力强度因子（SIF）作为材料内禀长度的函数进行评估，该长度表征了梯度效应变得显著的尺度。作为位错密度分布有限元计算的结果，确定了断裂模式和应力-应变状态的影响。在纯 I 型中，几何必需位错（GND）密度相对于钝化裂纹尖端对称分布。相反，在纯 II 型下，GND 集中在裂纹尖端的钝化和尖锐部分。在这种情况下，断裂萌生很可能发生在裂纹尖端的钝化区域附近，此处应力三轴性和 GND 密度均达到最大值。讨论了位错密度平衡态与材料内禀长度之间的关系，以及塑性 SIF 作为加工硬化指数的函数关系。
引用
@article{arxiv.2110.09211,
title = {Mode I and Mode II stress intensity factors and dislocation density behaviour in strain gradient plasticity},
author = {V. Shlyannikov and E. Martínez-Pañeda and A. Tumanov and R. Khamidullin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.09211},
year = {2021}
}