免费论文：TiAl金属间化合物的表面损伤及断裂特性的有限元模拟研究

TiAl金属间化合物作为一种新型高温结构材料，具有优良的抗蠕变性能和室温断裂韧性，在航空航天领域具有广阔的应用前景。而合金的组织控制及稳定性研究对其合金设计、应用具有重大意义，因此有必要对该问题开展进一步研究。本文采用ANSYS有限元软件进行数值模拟并与实验相结合的方法，对片层组织TiAl金属间化合物的断裂韧性（应力场强度因子）、缺口敏感性、热冲击实验过程进行了研究，并用热—应力耦合的方法模拟计算了温度对材料上述性能的影响。研究了TiAl金属间化合物的断裂韧性随温度的变化，得出温度对TiAl金属间化合物的影响比较明显，约在700K时KIC值最大，约为18.5 。研究了材料表面损伤对材料内部应力分布的影响，分别研究了V型缺口和U型缺口的深度和宽度对应力集中系数的影响。并在缺口深度或宽度相同的条件下对比了两种缺口应力集中系数的差别。计算了片层组织的TiAl金属间化合物从室温（20℃）到600℃缺口应力集中系数，在低温（20℃）时，片层组织的TiAl金属间化合物的应力集中情况较组织均匀的DZ125合金严重；随着温度的上升，TiAl金属间化合物的应力集中系数下降，特别是600℃左右时，TiAl的应力集中系数普遍低于DZ125合金，这一点说明作为高温结构材料从抗应力集中这一点来讲TiAl高温性能更为优越。通过对室温和高温的拉伸实验断口的观察，分析不同温度下的断裂机制，并用计算结果解释了片层组织在外加载荷的作用下容易开裂的原因。

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