基于扩展有限元 XFEM 的 TC21 钛合金应力强度因子数值模拟分析

摘要

TC21钛合金作为一种高强高韧、损伤容限型结构钛合金在国防军工、航空航天领域应用广泛，其在航空航天应用场景中多处于力场、温度场等多场耦合工况下，因此，量化研究其疲劳损伤容限性能具有非常重大的意义。本文针对疲劳裂纹扩展过程中应力强度因子K这一重要指标，分别进行了理论计算和基于XFEM的裂纹扩展数值模拟；通过结果分析证明了该模拟结果和实际情况较为接近，与理论计算结果误差在5%以内，可以准确的反映三维CT试样裂纹扩展过程；同时也验证了裂纹扩展过程“隧道效应”的存在，即内部裂纹的扩展速率往往大于表面裂纹。