复合型V形切口脆断的能量释放率准则

在实际工程中,脆性材料中的V形切口多处于复合型受力状态,因此,确定脆性材料中的复合型V形切口起裂角和临界载荷有着重要的意义.基于V形切口尖端附近的奇异应力场和位移场,采用支裂纹应力强度因子的起始值,提出了Ⅰ-Ⅱ复合型V形切口脆性断裂的能量释放率准则;并对复合载荷下单边切口试件进行了起裂角和临界载荷预测,将其结果与应变能...     

计算应力强度因子的无网格-直接位移法

目前计算裂纹尖端应力强度因子的无网格法一般均采用。积分方法，但由于该方法为间接求解，降低了求解精度与求解效率。文中采用无网格—伽辽金方法，选取带有扩展基的奇异基函数，以精确计算裂纹尖端位移场，并借鉴有限元法中计算应力强度因子的直接位移法，提出一种计算含裂结构裂纹尖端应力强度因子的新方法，即无网格—直接位移法。数值计算结果表明，该方法具有简捷、高效的特点，可以准确计算裂纹尖端应力强度因子。     

双材料界面裂纹应力强度因子计算

建立不同裂纹长度的双材料界面裂纹模型,用有限元软件计算和分析界面裂纹尖端附近的应力场和位移场.利用裂尖前沿应力和裂纹面相对位移分别计算了界面裂纹尖端的应力强度因子K,两种方法计算的K值完全吻合.通过数值分析,给出一种计算双材料界面裂纹应力强度因子K的经验公式.     

用切口尖端应力方法分析V形切口的应力强度因子

为了基于传统有限元法分析圆轴中的V形切口尖端的奇异性应力场的高精度数值解,建立一种切口尖端应力方法,用于计算V形切口的应力强度因子.该方法不需要在V形切口尖端采用反映应力奇异性的奇异单元.求解时,首先给定参考问题的广义应力强度因子,然后利用待求问题的应力值与参考问题的应力值之间的比值来求解待求问题的广义应力强度因子.算例采用切口尖端应力方法分析圆轴中的V形切口问题.计算结果表明,该方法计算精度较高,能方便地用于求解相关的工程问题.     

复合型V形切口脆断的应变能密度因子准则

通过定义V形切口应变能密度因子,将V形切口尖端的奇异应变能密度转化为非奇异的应变能密度因子.基于V形切口尖端附近的线弹性奇异应力场,建立Ⅰ-Ⅱ复合型V形切口脆性断裂的应变能密度因子准则,并把裂纹作为切口张角为零的V形切口,从而将V形切口问题与裂纹问题的断裂准则统一起来.为了验证该准则,采用有机玻璃(polymethyl methacrylate,PMMA)板材加工了多种单边复合型V形切口试样进行拉伸破坏实验,应用上述准则对试样的起裂方向和临界载荷进行预测,并与最大周向应力准则和实验结果进行比较.结果表明,用所建立的应变能密度因子准则所预测的临界载荷在切口张角较小时更接近于实验结果.     

用杂交有限元法计算三维裂纹的应力强度因子

根据放松了连续性要求的修正势能原理及裂纹尖端的应力、位移场,推导了杂交单元的单元刚度矩阵。用杂交元法计算了纯扭转载荷下带有环形裂纹的圆柱体的应力强度因子。计算结果表明,这种计算方法具有较高的精确度。用杂交元法计算了裂面上作用有弯、切,扭载荷试件的应力强度因子,这类试件可用于进行三维断裂准则的实验研究。     

T应力对复合型断裂韧度的影响

作为结构疲劳裂纹重要的断裂参数之一,应力强度因子可反映裂纹尖端应力场的强度。但实验发现,在求解断裂角时,裂纹尖端应力场中的T应力项对数值计算结果影响较大。文中采用Ansys 15.0中的相互作用积分法来求解应力强度因子和T应力,分析含裂纹结构的几何尺寸、载荷大小、初始裂纹长度和裂纹角对SIF和T应力的影响,对比考虑T应力后的最大周向应力准则MTS和传统的MTS,分析了T应力对裂纹扩展方向的影响。     

高频谐振载荷作用下Ⅰ型疲劳裂纹尖端力学参数变化规律

为研究高频谐振式疲劳裂纹扩展试验中带有Ⅰ型预制裂纹的紧凑拉伸(CT)试件裂纹尖端力学参数的变化规律,利用动态有限元方法,采用ANSYS和MATLAB软件编写程序,计算了CT试件在高频恒幅正弦交变载荷作用下,在一个应力循环及裂纹扩展到不同长度时裂纹尖端区域的位移、应变场及裂纹尖端的应力强度因子,并分析了其变化规律。在计算裂纹尖端应力强度因子时,首先采用静态有限元方法和理论公式验证了有限元建模和计算的正确性,然后采用动态有限元方法研究了裂纹扩展过程中裂纹尖端应力强度因子的变化规律。最后进行了高频谐振式疲劳裂纹扩展试验,采用动态高精度应变仪测量了裂纹扩展到不同阶段时裂纹尖端点的应变,并对有限元计算结果进行了验证。研究结果表明：在稳态裂纹扩展阶段,高频谐振载荷作用下Ⅰ型疲劳裂纹尖端位移、应变及应力强度因子均为与载荷同一形式的交变量;随着裂纹的扩展,Ⅰ型疲劳裂纹尖端的位移、应变及应力强度因子幅不断增大;静态应力强度因子有限元计算值和理论值的误差为2.51%,裂纹尖端点应变有限元计算结果和试验结果最大误差为2.93% 。     

基于最大张口位移计算多条共线裂纹应力强度因子的方法研究

提出一种多裂纹应力强度因子计算的新方法.该方法是利用裂纹的最大张口位移量来确定多裂纹尖端的应力强度因子.首先基于单条穿透裂纹的张口位移与应力强度因子的解析解,推导出二者之间的对应解析关系,然后通过考虑双条共线穿透裂纹的板宽效应、裂纹间距比和裂纹长度比的影响,拟合出各种修正系数的变化曲线,进而确定双裂纹情况下裂纹尖端应力强度因子与裂纹最大张口位移之间的函数关系,最后利用复合法的思想,确定多裂纹与双裂纹修正系数之间的对应关系,进一步确定多裂纹的应力强度因子的计算方法.     

基于有限元法对裂纹尖端应力强度因子的计算分析

应力在裂纹尖端会出现无限大的奇异性,但应力强度因子K则为有限值,是表征裂尖应力场强弱的物理参量。采用J积分法,位移外推法和相互作用积分法等3种不同的方法计算断裂模型裂尖的K值,并研究了受力、裂纹长度、含裂纹构件的几何参数等对裂纹尖端应力强度因子的影响。结果表明3种方法模拟出的K值结果一致性较好,与应力强度因子手册值相比都能达到较高精度。对照3种方法,分析出各种方法的优胜劣汰,对应用数值法计算应力强度因子方法的选择具有借鉴和参照作用。     

脆性材料裂纹扩展的有限元模拟新算法

基于有限元方法的一般原理,利用三角形网格较好的方向适应性,采用刚度退化方法,选取最大拉应力准则作为失效准则,确定候选失效单元,并根据材料的断裂特点,按照本文提出的最大显著准则从中择取失效单元,从而模拟了脆性材料单裂纹在拉伸载荷作用下的扩展路径,同时也分析了网格尺寸对裂纹扩展模拟的影响。该算法不仅避免了网格重构所需计算量,同时也极大地减少了总体刚度矩阵生成的工作量。数值试验结果表明,该方法能较准确地预测裂纹扩展路径。     

脆性剖分类零件启裂数值分析

裂解槽作为初始裂解源其尖端的应力状态尤其是厚度方向的应力分布直接影响着剖分类零件的裂解性能,是裂解加工成败的关键。文中利用ABAQUS有限元软件,对脆性剖分类零件(轴承座)启裂进行了分析。分析结果表明:裂解槽应力集中效果明显,随着载荷的增加,裂解槽根部的最大正应力逐渐增加,趋近于材料的断裂强度;最大正应力从裂解槽的中间部位向两侧均匀递减;对于脆性材料,最大正应力出现在裂解槽顶端,启裂发生在工件中心对称面裂尖附近,这种启裂位置的唯一性有利于获得高质量的断裂面,减少裂解缺陷。     

激光冲击对金属板料裂纹的影响模型

研究了含有裂纹的金属板料在激光冲击波载荷作用下裂纹尖端应力强度因子和裂纹扩展速度的变化,利用断裂力学理论,对激光冲击加载下裂尖参数计算模型进行优化,采用应力强度因子叠加法,将外加载荷引起的应力强度因子和激光冲击后残留的残余压应力引起的应力强度因子叠加,推导出下裂纹尖端应力场强度因子表达式,由此可精确计算出金属板料的裂纹萌生寿命和裂纹扩展速度,实验验证了航空钛合金Ti6Al4V激光冲击后残余应力对裂纹扩展速度的影响,从而建立了激光冲击作用对板料裂纹扩展的影响的理论模型。     

动车组铸钢制动盘裂纹扩展寿命预测

为研究动车组铸钢制动盘出现裂纹后裂纹扩展速率和扩展寿命,根据制动盘材料参数,使用ANSYS软件建立制动盘的循环对称三维瞬态计算模型,采用间接耦合方法计算制动盘的温度场和应力场,得到在动车组速度为300 km/h的工况下,裂纹处的温度为355.33℃。以温度计算结果作为初始载荷计算制动盘热应力,制动盘最大热应力为899 MPa,盘面裂纹处的应力为501 MPa。并将计算结果作为计算制动盘的载荷输入到NASGRO中,对裂纹扩展速率和扩展寿命进行计算和分析。计算和分析结果表明,此材料制动盘径向裂纹长度尖端处的应力强度因子和扩展速率均高于深度尖端处;计算得出制动盘裂纹扩展寿命为制动48 831次,为该制动盘的使用提供参考。     

基于ABAQUS的圆柱直齿轮齿根裂纹扩展与寿命估计

以渐开线直齿轮为研究对象,通过齿轮应力分析确定轮齿裂纹易萌生位置,利用ABAQUS软件建立齿轮裂纹扩展有限元模型,获取齿根裂纹扩展路径,计算不同阶段裂纹尖端应力强度因子。通过多种曲线拟合方式的对比,选取指数函数建立的裂纹长度与裂纹尖端应力强度因子幅之间的函数关系。运用Paris公式构建裂纹扩展速率模型,实现含齿根裂纹齿轮的寿命估计。     

16MnR钢在不同应力比下的疲劳裂纹扩展的试验研究及模拟

采用3.8 mm厚带有圆形缺口的CT试样,研究了16MnR钢在不同应力比的恒幅循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展。开发了一种基于疲劳损伤的方法来模拟疲劳裂纹扩展速率。将16MnR钢的循环塑性本构模型通过用户材料子程序UMAT嵌入到ABAQUS中。把有限元计算得到的疲劳裂纹尖端附近区域的弹塑性循环应力应变结果,代入到疲劳损伤模型中,得到每个加载循环在裂尖各点产生的疲劳损伤值。通过疲劳损伤准则,导出疲劳裂纹稳定扩展速率的计算公式。疲劳裂纹扩展试验验证了模拟结果。实验结果和模拟结果都表明,该试样厚度下,应力比对裂纹扩展速率几乎没有影响。     

含半圆形埋藏裂纹金属构件脉冲放电时应力场分析

对纯弯曲载荷作用下含半圆形埋藏裂纹的金属构件在脉冲放电瞬间的应力场进行了理论分析,运用热传导、非定常热应力及汉克尔变换等理论,推导出应力场分布理论公式。由公式可知,在脉冲放电瞬间,电磁热在裂纹尖端形成热压应力场,压应力场能有效地抑制裂纹的扩展。对脉冲放电前后的含半圆形埋藏裂纹构件进行了超声波检测实验,利用超声波对比法测得脉冲放电后构件裂尖应力值,该应力值有所增大。     

基于疲劳短裂纹行为的疲劳寿命估算方法

在疲劳短裂纹形成和扩展行为基础上，提出了一种疲劳寿命估算方法。计算结果表明，该方法具有满意的预测精度。     

Notched shells with surface cracks under complex loading

In the present paper, a double-curvature thin-walled shell with a circular-arc notch is considered. For different notch configurations, the stress-intensity factor (SIF) along the front of an elliptical-arc surface crack at the notch root is computed through a three-dimensional finite element analysis, for seven elementary stress distributions perpendicular to the crack faces. Then, by employing such results, an approximate expression of SIF in the case of a generic complex loading is determined by means of the power series expansion of the actual stress field and the superposition principle. Finally, as an example of how to apply the above numerical procedure, the effect of the stress concentration on the SIF values is examined for both cylindrical and spherical notched shells under an internal pressure.