三维斜置表面裂纹应力强度因子边界元计算及分析

建立半椭圆表面裂纹模型,并借助边界元分析软件FRANC3D计算不同裂纹面网格划分下裂纹前沿不同位置处的应力强度因子,将计算结果与理论解进行比较,分析裂纹面网格划分对计算结果精度的影响,得出最优网格划分;在此基础上计算两种斜置半椭圆表面裂纹前沿不同位置处的应力强度因子,分析斜置角度和椭圆角对裂纹前沿应力强度因子的影响,对工程实际具有参考意义。     

受剪切应力作用的表面裂纹应力强度因子研究

应用改进的三维虚拟裂纹闭合方法研究了受远端剪切应力作用的有限大体半椭圆表面裂纹复合型应力强度因子分布,并讨论了整个裂纹前缘复合型应力强度因子分布随裂纹形状变化和结构参数变化的规律。研究发现在自由表面附近,Ⅲ型应力强度因子分布受角点应力奇异性影响较大,在自由表面附近出现转折,但转折现象与裂纹形状参数有关,当裂纹形状比a/c≤0.6时,应力强度因子分布曲线光滑,表现为经典的角点奇异性。     

十字轴表面裂纹仿真与材料的断裂韧性试验

针对万向联轴器十字轴结构安全性问题，从表面缺陷裂纹应力强度因子角度分析十字轴断裂情况。建立十字轴三维模型，运用ANSYS WorkBench对十字轴进行静力学分析，找出十字轴轴径圆弧处应力最大。然后在分析后的模型中插入半椭圆形裂纹，进行表面裂纹分析。最后，在低周疲劳试验机上进行三点弯曲试验与柔度法得到十字轴材料的平面断裂韧性。研究结果表明：在十字轴轴径处裂纹大小长半轴半径c=5mm，短半轴半径a=1mm的半椭圆形裂纹得到十字轴应力强度因子大于材料试验的KIC，十字轴出现裂纹断裂。     

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。     

用推广的片条合成法求解工程复杂结构三维裂纹应力强度因子

应用推广的片条合成法 ,计算工程复杂结构三维表面裂纹的应力强度因子 ,并分析和讨论拟合片条位移鉴定点的取法对应力强度因子的影响。同时 ,得到具有工程参考价值的计算公式、结果和结论     

椭圆孔边任意长度双裂纹复合型应力强度因子复变函数解

为了求解椭圆孔边二维裂纹尖端的应力强度因子,提出一种基于Muskhelishvili复变函数理论和有限截项原则的应力强度因子求解方法。首先将超越函数形式的保角映射函数展开为有限项级数,然后利用复变函数理论推导出应力函数,从而求解椭圆孔边任意长度双裂纹的复合型应力强度因子。与其他解法相比,本文方法的计算结果有效,且适用性更广、计算效率更高。算例表明,椭圆孔边裂纹的无量纲应力强度因子受椭圆孔半轴比、裂纹长度和应力夹角的综合影响。     

厚壁筒双轴向表面裂纹尖端应力强度因子影响因素的研究

在现有文献对平面结构任意分布多裂纹间相互作用影响因素及厚壁筒轴向表面单裂纹尖端应力强度因子分析的基础上,提出了包含裂纹尖端应力强度因子影响因素的厚壁筒双轴向表面裂纹尖端应力强度因子公式.根据有限元方法,利用ANSYS软件对不同厚壁筒壁厚比、不同裂纹深度比及不同裂纹夹角情况下双轴向表面裂纹尖端应力强度因子进行了计算,分析...     

螺纹联接外螺纹牙底表面裂纹应力强度因子的实验研究

用Ｊａｍｅｓ－Ａｎｄｅｒｓｏｎ方法［１］，对螺纹联接外螺纹牙底表面裂纹在拉伸作用下的应力强度因子进行了实验研究。在大量疲劳裂纹扩展实验取得的ＳＩＦ正则系数值的基础上，用逐步回归分析得到了这种情况下表面裂纹最深点和表面点的应力强度因子近似式。并将所得结果与拉伸圆杆［２，３，４］和带螺纹拉伸圆杆表面裂纹应力强度因于进行了比较分析，结果表明，三者之间的规律性很好     

运用子模型方法分析U型管表面椭圆裂纹应力强度因子

针对在裂纹前沿设置奇异单元的断裂力学有限元分析模型,运用子模型方法计算了U型管弯管部分表面纵向裂纹前沿各点的应力强度因子,得到了裂纹前沿最深点应力强度因子修正系数F1随弯管和裂纹参数的改变而变化的曲线图谱.     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的应力强度因子有限元计算分析

ABAQUS软件对中心穿透斜裂纹板及边斜裂纹板进行了有限元模拟.计算复合型裂纹的应力强度因子KⅠ和KⅡ,并将计算结果与现有理论结果进行了比较;分析了裂纹尺寸和裂纹角对应力强度因子的影响.结果表明:裂纹角从0°增大到90°,裂纹类型由复合型向纯Ⅰ型转变;用ABAQUS软件计算复合型裂纹的应力强度因子相对误差保持在5%之内,计算精度完全满足工程要求.     

不锈钢表面裂纹方向电磁检测方法

针对传统交流电磁场检测表面不定方向裂纹容易出现漏检的问题,研究了旋转磁场下感应电流方向、裂纹方向变化对平板表面裂纹检测幅值的影响,推导了裂纹走向角度与平面磁场分量波谷幅值的关系表达式,从检测机理角度提出了裂纹方向判定方法及影响因素.建立了奥氏体不锈钢表面裂纹交流电磁场检测有限元仿真模型,开发了基于双U形激励和高分辨率隧...     

Crack tip shielding and anti-shielding effects of parallel cracks for a superconductor slab under an electromagnetic force

In this letter, the shielding or anti-shielding effect is firstly applied to obtain the behavior of two parallel cracks in a two-dimensional type-II superconducting under electromagnetic force. Fracture analysis is performed by the finite element method and the magnetic behavior of superconductor is described by the critical state Bean model. The stress intensity factors at the crack tips can be obtained and discussed for decreasing field after zero-field cooling. The shielding or anti-shielding effect at the crack tips depend on the distance between two parallel cracks and the crack length. The results indicate that the shielding effects of the two parallel cracks increase when the distance between the two parallel cracks decreases. It can be also obtained that the superconductors with shorter cracks has more remarkable shielding effect than those with longer cracks.     

边缘扩展的皮带撕裂支持向量机视觉检测

提出了基于视觉的皮带撕裂监测方法,并构建了皮带撕裂视觉监控系统。针对皮带输送机运行过程中由于干扰导致的图像退化,采用维纳滤波方法实现了退化图像的复原。为实时识别高速运动的皮带裂纹,采用CamShift算法对快速移动的皮带裂纹序列目标图像进行跟踪与捕捉。采用Canny算子对皮带裂纹进行边缘提取,并通过增加一个δ值,使检测到的裂纹边缘向外扩张,从而增加检测到的皮带裂纹权重,获得鲁棒性更高的边缘检测效果。最后,构建了SVM皮带裂纹预报模型,以皮带裂纹图像的像素面积及长宽比几何特征量作为模型输入量,对皮带裂纹状态进行预报。实验表明,提出的皮带撕裂检测方法是有效的。     

受弯梁中开裂纹的位置识别与分析

利用有限元计算判定受弯梁中开裂纹的位置 ,从中得出 :同正常梁相比 ,裂纹梁的固有频率与振型的变化不但与裂纹深度而且与裂纹位置有关 ,因而 ,通过裂纹梁低阶固有频率及振型的变化情况可以判定裂纹的位置。对于裂纹较浅的情况 ,直接利用振型与固有频率的变化很难判定裂纹的位置 ,必须借用一些特征参数来提高识别的敏感性 ,这样 ,裂纹梁中早期裂纹的识别也是可行的     

老龄飞机多部位损伤结构的剩余强度研究

对老龄飞机的多部位损伤壁板进行剩余强度估算时,应同时考虑裂纹间的相互影响和裂纹的扩展问题。基于Dugdale型裂纹的Swift连通准则,结合扯裂断裂准则,论文提出了应用应力函数交互迭代方法来研究MSD壁板的剩余强度问题,并做了算例阐明。本文所提方法的分析结果与试验值相比平均相对误差和标准差分别为-1.46%和0.069,符合得较好。     

热疲劳裂纹网的屏蔽规律及主裂纹应力强度因子的计算方法

热疲劳裂纹网中主裂纹的应力强度因子可反映构件的损伤程度,然而由于裂纹间的屏蔽效应,直接计算裂纹网中主裂纹的应力强度因子是困难的。根据热疲劳试验提出假设：① 主裂纹不会位于裂纹网的边缘;② 裂纹网中的裂纹互相平行,且垂直于约束方向。定义主裂纹的屏蔽剩余百分数s,裂纹的比间距n,裂纹长度比f。分别研究两条长度相等裂纹、两任意长度裂纹、三条裂纹和多条裂纹屏蔽效应的规律。发现s-f-n有确定的关系,这一关系由裂纹网的结构确定,而与边界条件、裂纹尺寸等因素无关。利用屏蔽效应的规律可由单条裂纹时的应力强度因子推算裂纹网中屏蔽效应发生时主裂纹的应力强度因子。算例表明此方法精确、简便、快捷。     

使用恒Kmax方法测试物理小裂纹门槛值研究

大量研究表明长裂纹和物理小裂纹扩展行为差异的主要原因是由于裂纹闭合程度不同造成的,消除裂纹闭合效应影响后的长裂纹与小裂纹的裂纹扩展行为应趋于一致.文中使用恒Kmax/增Kmin值降低△K的试验方法来测试裂纹扩展门槛值.此方法在测出△Kth时应力比R已经很高,实际上已不存在裂纹闭合效应的影响.通过对比试验结果表明,恒Kmax法测试长裂纹扩展门槛值能有效去除裂纹闭合效应的影响,用测得的门槛值近似表述小裂纹门槛值,能给出偏于保守的结果.     

含椭圆表面裂纹橡胶-钢球支座在扭转载荷下的断裂分析

通过非线性有限元方法对橡胶-钢球支座在扭转载荷作用下存在的椭圆表面裂纹情况进行了数值模拟,给出撕裂能与裂纹尺寸、载荷和橡胶层厚度的关系曲线．结果表明,对界面椭圆表面裂纹,同一裂纹深度,撕裂能随载荷的增加而增加,随橡胶层厚度的增加而减小．对橡胶层中间含椭圆表面裂纹,撕裂能随裂纹深度的增加而增加．最后,利用非线性回归工具得到撕裂能的经验计算式．     

裂纹故障对轮齿时变啮合刚度的影响分析

针对裂纹引起齿轮时变啮合刚度(TVMS)减小这一现象,研究了裂纹故障对TVMS的影响规律。首先,构建了完整的轮齿齿廓曲线,基于传统势能法分析了相邻齿耦合效应对TVMS的影响,对TVMS计算公式进行修正。其次,采用有限元法确定了裂纹萌生点所在位置,提出了一种沿深度拓展的裂纹曲线,分析了裂纹深度对TVMS和负载分担比的影响,研究了裂纹同时沿深度与长度方向拓展的中早期故障模型。最后,构建了不同故障齿轮副模型,采用有限元法对裂纹沿深度结果进行验证,结果表明势能法与有限元法相吻合。     

Crack propagation behavior based on the characteristic of the interaction between two fatigue cracks

Stress interaction fields, which are caused by propagating cracks and other defects, can weaken structures. In this study, crack behavior in the interaction field caused by two different cracks is experimentally studied. In the experiment, the vertical distance between two cracks and the applied stresses are varied to craate different stress interaction fields. In addition, the effect of the plastic zone is used to examine the crack propagation path and rate. Three types of crack propagation in the interaction field were found, and the crack propagating path and rate of two cracks were significantly affected according to different applied stresses as each crack propagates. These results are attributed to the effect of the size and shape of the plastic zone.