斜耳片连接件应力强度因子表达式的计算研究

运用Ansys有限元软件,建立对称斜耳片受纵向拉载的有限元模型。在边界条件的设定时实现在耳孔面上施加符合实际情况的余弦分布载荷;通过分析耳片无量纲裂纹长度a/R1、外内径比R2/R1及耳孔内径值R1对应力强度因子值的影响,拟合得到对称斜耳片受纵向拉伸载荷的耳孔单边裂纹尖端应力强度因子表达式,并通过相应的剩余强度试验进行验证。其方法可用于其他形式耳片或类似结构的应力强度因子表达式的求解。     

7050-T7451铝合金不同结构耳片疲劳裂纹的扩展行为

对7050-T7451铝合金直耳片、对称斜耳片和非对称斜耳片进行了不同方向、不同大小载荷下的疲劳裂纹扩展试验,对比分析了疲劳裂纹扩展曲线和裂纹扩展路径。结果表明:在加载方向和载荷峰值相同时,对称斜耳片的疲劳寿命高于直耳片的,且增大斜切角有利于提高其疲劳寿命;对称斜耳片受纵向疲劳载荷时的疲劳寿命高于受斜向疲劳载荷时的,初始裂纹在斜切角较小侧的非对称斜耳片更容易发生疲劳断裂;随着加载角度的增大,耳片的裂纹扩展方向与载荷方向的夹角逐渐减小;受横向斜载荷的斜耳片,其耳孔内侧首先出现裂纹,其扩展方向与载荷方向的夹角约为45°。     

7050铝合金耳片结构尺寸对其疲劳性能的影响

分别在3种应力水平下对不同尺寸7050铝合金耳片试样进行疲劳试验,采用最小二乘法拟合得到了疲劳应力-寿命(S-N)曲线,研究了耳孔直径和耳片宽度比d/W(d为定值,24mm;d/W=0.67.0.50,0.40)、耳孔纵向边距和横向边距比y/x(y/x=1.0,1.6)对耳片疲劳性能和断口形貌的影响。结果表明:在相同应力下,7050铝合金耳片的疲劳寿命随着d/W的减小(即W的增大)先延长后缩短;在较大的y/x值下,耳片的疲劳寿命较长;不同尺寸耳片的疲劳断口均呈典型的疲劳断裂特征,裂纹起源于表面和角部。     

典型耳片接头三维Ⅰ型裂纹应力强度因子研究

在二维有限元分析的基础上,得出了典型耳片接头的二维应力强度因子修正系数;进行了典型耳片接头的三维弹塑性接触有限元模型的仿真分析,引入了耳片厚度修正因子,并结合二维应力强度因子修正结果与三维有限元应力强度因子仿真结果对耳片厚度修正因子进行了拟合,得到了典型耳片接头的三维Ⅰ型裂纹应力强度因子表达式。最后,结合相应的剩余强度试验对应力强度因子表达式的准确性进行验证,结果表明,该应力强度因子计算公式准确性较高。     

损伤钻杆断裂的有限元仿真分析

钻杆在作业过程中,需要通过卡瓦夹持,才能顺利作业,但卡瓦在钻杆表面会留下作业损伤。为了防止损伤导致的钻杆断裂,影响结构安全性,以某深井作业钻杆实际工况为例,创建含横向半椭圆形表面裂纹的钻杆有限元模型,数值研究拉扭复合载荷下,3种类型的形状因子沿裂纹前缘的变化规律;通过多项式拟合得到形状因子表达式中对应的系数,进而推导出等效应力强度因子的表达式。仿真计算结果表明,在（0.6～0.8）之间存在一临界形状比,裂纹最深点和边界相邻点处的等效应力强度因子值在此处相等。拟合得到的等效应力强度因子表达式,为进一步研究损伤钻杆表面裂纹扩展和寿命预测提供参考。     

折线裂纹的当量应力强度因子

对于折线裂纹端点的应力强度因子,目前尚无理论计算公式。华东化工学院提出了用圆弧裂纹当量方法以近似计算扩展后斜裂纹的应力强度因子,分别在单向受载及x、y双向受载(σ_2/σ_1=0.5)情况下作了计算,并与试验     

带有两个共线裂纹载流薄板的温度场及热应力强度因子

采用复变函数的方法,给出带有两个等长度共线穿透裂纹的无限大载流薄板在瞬间电流作用下,裂纹尖端附近产生的温度场的表达式,得到温度在裂纹尖端的奇异特征.在通入垂直于裂纹的均匀电流作用下,由于裂纹的存在,裂纹尖端出现绕流现象,产生焦耳热,瞬时高温形成点热源.通过点热源在金属薄板内形成的温度场,可以导出裂纹尖端产生的热应力强度因子表达式.将其与外载荷产生的应力强度因子叠加,可建立通电状态下的断裂判据.算例分析表明,点热源在裂纹尖端附近产生的热应力强度因子为负值,可以部分抵消无穷远处施加的拉应力产生的应力强度因子的作用,进而达到止裂的目的.文中建立带有两个等长度共线穿透裂纹载流薄板的热应力强度因子的概念.其研究结果对工程结构实施电磁热效应裂纹止裂具有理论意义和实用价值.     

管道穿透斜裂纹应力强度因子计算

裂纹是引起管道开裂失效的主要原因,裂纹尖端应力强度因子是表征裂纹应力场强度的主要物理量,也是对管道进行安全评估时的主要依据之一,但管道不同于平板,有曲率影响,因此基于平板推导出来的裂纹尖端应力强度因子公式必须进行修正。为了准确计算管道上斜裂纹应力强度因子,建立了不同管道直径、不同裂纹倾角以及不同裂纹长度下的管道穿透斜裂纹有限元模型,并计算了裂纹尖端应力强度因子,在无限大板中心斜裂纹应力强度因子计算公式基础上,修正得到了管道穿透斜裂纹应力强度因子计算公式,这对于含裂纹管道安全评定有重要参考价值。     

内压作用下弯管环向穿透裂纹应力强度因子分析

应力强度因子是缺陷结构安全评定的必需参数。利用有限元分析软件ANSYS建立了内压作用下弯管环向穿透裂纹模型,以管道外径、管道厚度、纵向裂纹角、裂纹半角、环向裂纹角为参数,对不同参数下的应力强度因子进行了计算。结果表明:应力强度因子与纵向裂纹角θ1无关;应力强度因子随裂纹半角θ的增大而增大;应力强度因子随环向裂纹角θ2的增大先减后增。依据计算结果对参数进行了无量纲化,继而拟合了内压作用下弯管环向穿透裂纹应力强度因子计算关系式。     

基于随机有限元方法的平面裂纹随机性影响因素分析

在考虑材料参数、裂纹长度、外载分散性的前提下,文中用Taylor展开随机有限元方法分析平面裂纹应力强度因子分散性。首先用一般六结点单元和六结点奇异等参单元建立平面裂纹的有限元模型,接着推导随机有限元方法用到的位移偏导数和刚度矩阵偏导数的表达式,最后给出在各随机因素影响下的应力强度因子均值和方差的计算公式,并将计算结果与Monte Carlo法模拟结果进行对比。算例结果显示,材料弹性模量、外载、裂纹长度的分散性对应力强度因子的分散性影响比较显著,而材料泊松比影响很小。     

Analysis of a cracked lug loaded by an interference fit pin

In the present study, a lug joint fitted with an interference fit (oversized) pin is considered with radial through cracks situated at diametrically opposite points perpendicular to the loading direction. A finite element contact stress algorithm is developed with linear elastic assumptions to deal with varying partial contact/separation at the pin-plate interface using a marching solution. Stress Intensity Factor (SIF) at the crack tips is evaluated using the Modified Crack Closure Integral (MCCI) method. The effect of change in crack length and edge distance on the load-contact relation, SIFs and stress distributions are studied. A rigorous plane stress elasticity solution of the pin-plate interface at the crack mouth confirmed the existence of the stress concentration leading to a local peak in the radial stress at the crack mouth and provided a method of estimating it quantitatively.     

光弹性法和有限元法对应力强度因子的求解

为了探讨应力强度因子的计算方法,应用光弹性法和有限元法分别对含单边裂纹的紧凑拉伸试件进行实验分析和数值计算,给出有限元计算断裂问题的详细步骤以及光弹性法中通过求形状因子间接得到应力强度因子的实验过程。结果表明实验值与有限元计算值相吻合。有限元计算能够为优化设计提供较便捷的手段,而实验可以校验数值计算的正确性。两者可以取长补短,发挥各自的优势,可以更好地解决工程问题。     

含接触问题多孔连接结构的多裂纹裂尖应力强度因子研究

多孔多裂纹损伤结构的安全问题是当今航空工程中非常关注且亟待解决的问题,特别是对其断裂特性及裂尖应力强度因子的研究,从分析方法到数据结果都十分缺乏。文中运用考虑销钉与结构板件间接触的有限元分析方法,建立合理的计算模型,为多孔多裂纹裂尖应力强度因子提供可靠、可行的分析途径。通过大量计算,给出典型多孔结构多裂纹应力强度因子计算结果曲线及图表,分析其相互影响规律及破坏特性,计算结果和结论可作为该类结构损伤容限设计的参考依据。     

三维四向编织复合材料接头承载能力分析

针对三维四向编织复合材料单耳承力接头,用细观力学和均匀化方法分析三维编织复合材料的细观结构,用MATLAB程序对复合材料弹性性能进行参数化求解,利用ANSYS估算两种几何尺寸试样的破坏载荷.有限元计算结果与试验值有较好的吻合,显示文中方法可以满足工程设计和分析的要求.     

Numerical analysis of distortions by using an incorporated model for welding-heating-cutting processes of a welded lifting lug

A lifting lug is a widely used welded structure in the shipbuilding industry. Welded lugs with holes that are attached to heavy blocks are hooked onto and transported by a crane. The lugs are cut away after the heavy blocks are set up at the right position. In this study, a new thermal compensation method was proposed to improve the productivity of removing a lifting lug by band saw cutting. A lifting lug employs a welding process, a heat treatment process, and a cutting process, and thus a coupled 3D finite element model was developed to investigate the distortion and residual stress redistribution during the three processes. The results of the numerical and the experimental studies indicated that the thermal compensation method was effective in improving the productivity of removing the lifting lug. The numerical simulation ensured that the mechanism and influence of various local heating conditions were well illustrated and discussed. It is expected that the coupled finite element model developed in this study can solve practical problems of industrial production.

     

基于安定理论的微小裂纹疲劳门槛值的分析

通过弹塑性有限元法 ,利用 Melan的安定理论 ,分析了单缺口试件 ,在含有与试件材料晶粒尺寸相当的微小裂纹下的疲劳门槛值。通过对航空齿轮材料试件进行算例分析 ,其结果与相应实验结论比较吻合 ,并且表明 :利用静力安定法所研究微小裂纹疲劳门槛值 ,预测航空齿轮的寿命是较安全的。     

应用改进的虚拟裂纹闭合方法求解三维裂纹应力强度因子

基于有限元计算结果计算结构的能量释放率,利用能量释放率来计算结构的应力强度因子。本文对现有的虚拟裂纹闭合方法作了改进,即应用本文改进的虚拟裂纹闭合方法求解三维裂纹体应力强度因子时,裂纹前缘的裂纹面可以是任意形状,且裂纹前缘的有限元单元宽度可以不等。文中以三维表面裂纹为例,应用改进的虚拟裂纹闭合方法计算了该结构的应力强度因子,同时讨论了裂纹前缘有限单元宽度对应力强度因子的影响。     

对塑性诱导裂纹闭合几种影响因素的计算研究

基于塑性诱导裂纹闭合原理,通过弹塑性有限元方法的大规模数值计算分析,考察几何构形(带中心裂纹矩形板和中心孔双边裂纹矩形板)、材料强化模型(线性随动强化和非线性随动强化)、加载方式(等幅循环加载和等应力强度因子K循环加载)和应力比R等因素对疲劳裂纹张开、闭合规律的影响。结果表明,等幅加载中裂纹张开、闭合应力水平随裂纹长度变化且无明确规律可循。而在等K(给定应力比下保持最大应力强度因子不变)加载中,无论是使用不同材料强化模型,还是对应不同几何构形,用瞬时最大应力正则化的裂纹张开、闭合应力水平与裂纹长度无关。相同等K加载条件下,两种几何构形的裂纹张开应力强度因子均保持恒定且大小相近。两种随动强化模型对应的裂尖局部循环特性有差异,所获得的裂纹张开应力水平大小不同,但变化规律相似。文中结果可为更深入地理解疲劳裂纹扩展的驱动力机理提供帮助。     

风电齿轮齿根弯曲应力及裂纹特性分析

以风电齿轮为例,利用有限元分析软件ABAQUS,建立了太阳轮简化力学模型,并进行了齿根弯曲应力的分析计算。分析结果与传统计算方法得出的结果基本一致,从而验证了简化模型的正确性。在此基础上,研究了齿轮齿根裂纹特性,分析了初始裂纹长度和外加载荷对应力强度因子(SIF)的影响。结果表明,随着初始裂纹长度的增加,应力强度因子也随之增加,并且应力强度因子与载荷等比例增加。在初始裂纹长度和载荷相同的情况下,应力强度因子KⅠ远大于KⅡ和KⅢ,即在弯曲应力作用下张开型裂纹为风电齿轮轮齿折断失效的主要原因。