20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜断裂行为的数值研究

作者：张家辉; 赵彦; 田青超; 陈正; 鲁晓刚; 张宇

来源：上海金属, 2023, 1-10.

DOI：10.19947/j.issn.1001-7208.2021.06.05

• 20Cr2Ni3钢
• 顶头
• 氧化膜
• 有限元模拟
• 断裂力学

基于试验数据，利用扩展有限元方法(extended finite element method， XFEM)和内聚力模型(cohesive zone model， CZM)对20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜的断裂行为进行了数值分析，研究了氧化膜受力方向和孔洞对裂纹生长行为的影响。结果表明：氧化膜受力方向影响裂纹生长路径，外层氧化膜裂纹尖端的J积分和应力强度因子KI随着θ角(受力方向与氧化膜的夹角)的增大而减小，当θ角增大到90°时裂纹不会生长；外层氧化膜上孔洞使得裂纹尖端的J积分和应力强度因子KI减小。同时，孔洞的存在使得外力传递到内层氧化膜时产生应力集中和偏移，导致内层裂纹受力不均，减弱了受力方向对内层裂纹生长的影响。

• 单位
  物理学院; 上海大学; 中国矿业大学; 中国矿业大学（北京）