对于异种材料连接结构来讲,要求在使用过程中能够满足完整性和安全性的要求,这就要求异种材料连接结构不仅要注意连接性的问题,而且还要考查异种材料组织性能差异对接头性能的影响。对于两种各向同性材料,一共有四个弹性常数,即两个弹性模量(或剪切弹性模量)和两个泊松比。这四个材料参数对于异种材料弹性性能的影响并不是完全独立的。对于平面问题,用四个弹性常数的组合,即Dunders异种材料参数来描述异种材料的弹性性能。本节通过数值计算确定弹性模量和泊松比对异种材料连接界面的弹性性能的影响。
为了比较弹性模量对异种材料直角连接界面的奇异应力场的影响,固定材料1和材料2的泊松比为v1=VZ=0.3 ,材料1的弹性模量为E1=100GPa,E2/E1=1/5~20。结构分析的有限元网格采用Solid183单元,对界面端点同样采用应力奇异单元进行网格划分,轴向受到恒定拉伸载荷10MPa的拉力。在二维模型中,拉力为线载荷直接施加在两端线上。几何模型、网格划分、有限元加载均与上章中的有限元分析相同。
固定泊松比的值,改变弹性模量的大小,分析界面端部应力奇异性的变化。
当El/E2>1时,即材料1的弹性模量大于材料2的弹性模量,从等效应力云图(见图3.1 5(a))可以得出,等效应力最大值出现在界面端部,而且界面的应力值高于模型的上、下端面。弹性模量越大,抵抗变形的能力越强,越难发生变形。当两种不同弹性模量的材料的连接构件的两端受到相同大小的拉伸载荷作用时,弹性模量大的材料变形较小,弹性模量小的材料变形相对较大。由于材料1抵抗变形的应力较大,因此最大应力值在界面材料1处产生。从应力云图可以看出,弹性模量的变化对界面端部的应力影响较大,对应力分布的趋势影响不大。当两种材料的物理参数相差越大,即弹性模量比值越大时,界面处的应力越集中,那么,这两种材料的匹配性能越差。
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