利用附加因素降低含圆孔矩形板的应力集中

应力集中是机械工程中常见的问题,一般出现在构件形状急剧变化的地方,如缺口、孔洞、沟槽及有刚性约束处.对于常见的含孔板,利用附加因素降低板的应力集中是一种很好的方法.含一个圆孔的受拉薄板,若在拉伸方向靠近该孔附加一些圆孔,使之成为圆孔群,则对于降低应力集中是相当有效的.使用有限元法分别对附加圆孔半径、圆孔间距及圆孔数对含圆孔矩形薄板应力集中系数的影响进行了分析,并与光弹性实验结果进行了比较,两者基本一致.研究结果表明:在孔数一定时,对于不同的孔间距,存在不同的孔径比最佳值,使应力集中得到最有利的缓和.文中还给出最有利于降低应力集中的孔径和孔距条件.     

一种含中心光滑圆孔金属材料壁板的应力集中系数确定方法

为解决含中心光滑圆孔金属材料壁板剩余强度计算中确定应力集中系数的关键问题,选取某飞机的3个典型部位,采用有限元法计算了其含中心光滑圆孔的应力集中系数,并分析得到:典型部位的结构型式和受力分布虽然不同,但其含中心圆形孔的应力集中系数随无量纲参数——相对损伤尺寸d/W的变化规律是一样的,可拟合成一通用计算式。该公式适应性强,可用于飞机结构战伤评估分析。     

有限厚中心圆孔板的最大三维应力集中

应用有限元法对有限厚中心圆孔板的三维应力集中进行了分析。分析发现,当板厚是孔半径的2.4倍时,出现最大应力集中,若此时采用总厚度与其相等的系列分层板来代替整板,将有效地降低三维应力集中;对于厚板,最大应力集中总是出现在离自由表面1.2倍孔半径的位置。分析得到最大三维应力集中系数与相应平面解之间的近似关系;在缺口系数的基础上,研究了三维应力集中对疲劳强度的影响,并给出一个三维应力集中对疲劳强度的影响系数。     

45钢椭圆孔板应力集中的应变率效应

含孔板的应力集中问题一直是结构安全评估的重要研究课题。许多学者研究了线弹性孔板在静态载荷下的应力集中问题,包括孔的形状,材料的各向异性和加载方向等因素的影响。然而,当孔板承受动态载荷发生塑性变形时,应力应变关系的非线性和应变率效应会导致应力集中与线弹性结果有明显的不同。因此,基于Johnson-Cook模型,对45号钢含孔板孔边的动态应力集中问题进行了系统的有限元分析。研究结果表明,塑性应力集中系数不仅取决于加载大小(应变)而且还取决于加载速度(应变速率)。给定远端应变1%,在平面应力状态下:圆孔板在应变率6)ε∞=20/s下的应力集中系数比应变率6)ε∞=0. 1/s下的结果高10%;对于形状因子(短轴/长轴)为0. 5的椭圆孔板,在应变率6)ε∞=20/s下的应力集中系数比应变率6)ε∞=0. 1/s下的结果高11%。     

圆形区域内圆孔对SH波的散射

圆形截面区域内圆孔对弹性波的散射问题是无损探伤等应用领域内的主要研究对象之一,一直未在理论上给予解决。利用复数法、特殊函数加法公式和波函数展开法研究了圆形区域内圆孔缺陷对区域外边界反平面分布载荷的动态响应问题,给出了圆域内的位移场和圆孔缺陷边界处应力集中系数的计算方法,讨论了缺陷边界处应力集中系数随扰动频率、偏心距和方位角的变化关系,并通过数值算例分析验证了理论的研究结果,说明了边界和载荷对集中系数的影响。     

弹塑性应力集中系数的实验研究

以中心圆孔受拉板为例,将普通光弹技术与显微摄影技术相结合,采用塑性较好的应变硬化材料聚碳酸酯,求得了各种应力水平下圆孔边的弹塑性应力集中系数,并总结出其变化规律,为弹塑性应力集中系数的实验研究提供了一条有效途径.     

在冲击载荷作用下带有辅助孔的中心圆孔的动态应力集中系数

本文用多火花高速照相系统研究在冲击载荷作用下由弹性应力波引起的单个孔及多个孔的应力集中问题。试件包括带中心孔的长压杆以及简支高梁。测定了动态应力集中系数,并与相应的静态值作了比较。动态等差线图分别用透射式及反射式两种多火花高速照相系统拍摄。     

高压筒体大直径双开孔补强分析及优化设计

针对工程上高压容器筒体大开孔产生较大应力集中的问题,以某高压容器筒体开大直径双孔结构为研究对象,采用应力集中系数K表征开孔对筒体造成强度削弱的程度,基于有限元方法分析了圆角半径、3个无量纲参数(开孔率d/D、接管与筒体厚度比t/T、筒体径厚比D/T)、接管间角度α和中心距L对应力集中系数K的影响。并按照GB/T 150.3—2011中分析法初步设计厚壁接管补强结构,进行响应面优化分析得到最优方案,在满足强度要求的情况下,实现了设备质量的减轻。结果表明：开孔率d/D>0.6时,需要考虑双开孔对应力集中的叠加作用;接管排布角度在30°～90°之间会在一定程度增大应力集中;厚壁接管结构中,筒体厚度T及接管补强段厚度t对应力集中影响程度较大。本研究得到了各参数对应力集中的定量化影响规律,可为大开孔接管设计与排布提供参考依据。     

桥式起重机箱型主梁典型缺陷应力集中分析

建立了起重机箱型主梁的有限元力学模型,利用ANSYS分析软件对同一工况、同一位置的裂纹在外载作用下的应力集中系数进行分析。讨论了偏轨箱型主梁在有圆孔或裂纹的情况下的应力集中系数及其对强度的影响,为桥架的应力集中及强度分析提供了有用的数据。     

偏心圆孔板弯曲时的三维应力集中

根据一种修正的余能原理所建立的具有一个无外力圆柱表面的 12结点三维杂交应力元 ,与一般的 8结点假定位移等参元配合 ,可十分有效地分析具有偏心圆孔厚 (薄 )板承受弯曲时的三维 (或二维 )应力集中。数值算例表明 ,对小偏心问题 (偏心距与板宽比e/2b≤ 0 .15时 ) ,厚板的三维应力集中系数大于相应二维应力集中系数。所以 ,将具有偏心圆孔薄板在弯曲时的应力集中系数用于厚板是偏于不安全的 ;但对大偏心问题 (e/2b >0 .15 ) ,厚、薄板均可应用二维应力集中系数     

含中心圆孔有限板动应力集中问题的有限元分析

基于有限元软件ANSYS的计算，对含有中心圆孔的有限板在板边界受到上阶跃波的作用时孔边动应力集中的响应进行分析。得到不同无量纲几何尺寸以及无量纲波数下的动应力响应曲线，并由此得到一些关于动应力响应规律性的结论。另外，对动应力集中系数、最大动应力与静态特征进行比较，并对比较结果进行讨论。     

结构连接区开口正交各向异性板的应力仿真分析

针对工程中常见的连接结构中含圆孔的复合材料板,根据非均质各向异性弹性理论建立计算模型.文中的应力场是借助于仿射变换的方法通过复变应力函数得到的.按照所建立的计算模型对含有圆形孔的复合材料板进行应力分析.对不同的荷载作用情况下,以及他们对孔边应力集中系数的影响进行探讨.并对两个主方向的杨氏模量的变化对孔边应力的影响进行仿真分析.     

纯弯曲状态下开圆孔蜂窝梁腹板局部稳定性研究

针对国内尚无蜂窝梁相关规范且国内学者对蜂窝梁在纯弯曲状态下稳定性的研究较少的实际情况,本文主要对开圆孔蜂窝梁在纯弯曲状态下的腹板局部稳定性进行研究,采用有限元软件ABAQUS对腹板开圆孔蜂窝梁进行纯弯分析,因无计算蜂窝梁刚度的相关规范,故以实腹梁刚度计算公式为基础,并根据有限元软件分析结果反算蜂窝梁侧向刚度,以此得到腹板开圆孔的刚度折减系数,同时考虑开孔率和开孔间距,并通过Origin拟合出刚度折减系数的计算公式,得到腹板开圆孔蜂窝梁临界弯矩相应的简化计算公式,利用简化公式计算不同跨度、不同开孔率和不同开孔间距的简支蜂窝梁在均布荷载作用下的弯扭屈曲临界弯矩,并将结果与有限元计算结果进行对比。分析结果表明,简化的腹板开圆孔蜂窝梁临界弯矩计算公式具有较高精度。     

连续体重建模型应力集中消除的方法

在进行连续体拓扑优化时,若根据点云数据重建模型常有应力集中的现象。在分析结构内单元应力集中程度的基础上,基于单元间相对位置关系得到应力集中程度的分布情况,提取出应力集中区域。采用计算机辅助优化(CAO)方法的思想,将应力分布等效为温度场,根据单元的热膨胀效应在过载区域增加材料,对应力集中区域进行局部优化。优化实例表明,在寻找出结构的应力集中区域后,每次优化都会使局部结构趋于平缓,有效降低了优化区域的应力集中程度,最终可得到边缘光滑、无应力集中的结构。     

筛管孔眼附近的应力集中问题及孔眼分布

在石油工程中,筛管是完井和防砂必不可少的设备.就其力学模型而言,筛管中的基管为一含有大量圆孔的圆柱薄壳.由于孔眼附近的应力集中,基管经常在井下被挤毁,造成巨大的经济损失.因此,研究基管孔眼附近的应力集中问题, 对于设计筛管孔眼布局结构和提高筛管的强度具有重要的理论和实际意义.文中提出一种分析基管孔眼附近应力集中问题的理论方法, 首先将基管展开为含N个圆孔的平面,然后根据孔眼排布的周期性选一胞元(为含有复式孔的多连通区域),再应用数学弹性力学理论分析胞元内的应力,获得孔与孔之间互不影响时的最佳孔间距,最后通过折减系数法获得相应圆柱壳孔眼附近应力集中的近似解.作为考证,应用有限元法计算同样条件下的多孔壳体应力集中问题,所获结果与理论解十分吻合.     

带孔薄板孔边应力集中系数的改进算法

应力集中的问题在带孔薄板中的表现极为普遍,应用工程中普遍运用的有限元法来分析带孔薄板孔边的应力集中问题。通过ANSYS软件仿真计算,得出固定板块的系列应力值,并且通过计算得出系列应力集中系数。运用最小二乘拟合方法对数据加以处理,获得了应力集中系数在特定范围内的拟合公式。通过系列实验曲线和经验公式进行比较分析,结果显示经拟合公式算出的误差较汉伍德经验公式小。该改进算法在计算孔边应力集中系数时具有工程应用的合理性。     

有限厚板中并排钉载孔边应力集中分析

基于MSC.Patran和Nastran有限元软件,建立含有两并排钉载孔的有限厚板的三维有限元模型。模拟两块钉孔连接搭接板结构在承受均匀拉载荷时的状态,研究在该状态下板中两并排钉载孔孔边的应力集中情况。通过对沿板厚方向上的应力集中系数的计算,分析两并排钉载孔间的相互干涉作用和板厚对孔边应力集中的影响。研究结果表明:当孔间距与半径比小于2时,应力集中系数明显受到两钉载孔间相互干涉的影响;板中面应力集中系数较大,板表面较小;在一定范围内随板厚的增大,板中面与板表面的应力集中系数的差值变大。     

基于ANSYS的球壳开孔接管区应力分析

球壳开孔接管区的应力高且分布状况复杂。利用ANSYS软件,通过获取应力分布云图及线性化处理提取的各类应力,探讨了过渡圆角半径对球壳开孔接管区应力的影响。结果表明,球壳与接管连接处存在明显的应力集中。采用圆角过渡可以降低应力集中系数。只有圆角半径较大时,应力集中系数才会显著降低,并且主要是降低了其中的弯曲应力和峰值应力。当圆角半径增加到一定程度,应力集中系数降低极其缓慢。结果为工程实际中球壳开孔接管区圆角半径的选取提供借鉴。     

合理确定轴上孔的尺寸

在承受弯曲或扭转的园轴上,经常要钻横向园孔。孔会引起应力集中,使得孔的周围应力局部增高。随着孔径的增大,应力集中系数降低,然而轴的净截面积也随之减少,实际应力相对增高。在设计有孔轴时,采用考虑这两种因素的应力扩大系数更合适。轴中的最大应力可     

无限长带形域内圆孔的反平面响应

无限大带形区域内含圆孔的弹性波散射问题,由于涉及到两条直边界,在理论研究上一直是没有解决的问题,而只能借助于数值求解的办法。利用复变函数法、虚源法和Graf加法公式给出了该问题的散射波解析解,它能够预先满足两条边界上的应力自由条件,利用圆孔边界处的应力边界条件和傅立叶级数展开来确定散射波函数中的未知系数,从而确定出带形区域内的波场,最后通过一个算例计算了圆孔边界处的环向动应力集中系数,说明了文中结论和算法的正确性。