含椭圆孔单边裂纹板的数值分析

采用复变函数的解法,可以得到含有椭圆、圆和直线裂纹简单形状缺陷的板内应力的解析解。但对于含椭圆孔单边裂纹,由于数学上的保角变换函数比较复杂,因此在现有的文献中,没有含椭圆孔单边裂纹板的应力分布解。利用复变函数和有限元法,研究含椭圆孔单边裂纹板的平面弹性问题,得到单向拉伸荷载的作用下椭圆孔单边裂纹附近的应力分布,并与椭圆孔和直线裂纹解析解进行比较,同时计算椭圆孔单边裂纹尖端的应力强度因子。计算结果表明,在孔和裂纹尖端附近,有明显的应力集中现象,应力迅速衰减,很快趋于板所加荷载值。由于孔和裂纹的相互作用,裂纹尖端和椭圆孔口附近的应力增大。通过有限元计算的孔边应力分布和裂纹尖端的应力强度因子与解析解吻合较好,说明计算结果的准确性。得到的含椭圆孔单边裂纹板的应力分布的数值解可以为工程设计提供理论依据。     

考虑裂纹面摩擦的有限多裂纹板的应力强度因子解析与数值方法

对在双轴压缩作用下,考虑裂纹面间摩擦力的无限大板中双裂纹与单裂纹的应力强度因子解析解进行对比分析。结果表明,裂纹面间的摩擦力对多裂纹应力强度因子的修正系数是没有影响的,只对有效剪应力产生影响。以无限板周期裂纹的解为例,将该解析解作为有限板共线多裂纹应力强度因子的近似理论解,运用有限元数值计算有限板共线双裂纹的应力强度因子,并将其结果与近似理论解进行对比分析。计算结果表明,有限板共线双裂纹应力强度因子的近似理论解与通过有限元法计算得到的数值解基本吻合,验证裂纹面间摩擦力对应力强度因子的修正系数没有影响,裂纹面间无摩擦力时多裂纹相互影响引起的修正系数可以作为考虑裂纹面间摩擦力时的修正系数。     

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。     

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.     

D型截面管应力强度因子分析方法

应力强度因子的确定是断裂力学在实际工程应用的首要任务。分别根据虚功原理和材料力学弯曲理论的裂纹面非自发扩展能量释放率,即J_2积分理论求解D型截面管的在拉伸和弯曲载荷作用下的裂纹应力强度因子表达式。给出的方法能得到封闭解,且计算简单。并将结果与有限元解进行分析比较,进一步指出了计算方法的有效性。     

基于能量密度等效的Ⅰ-Ⅱ型裂纹K因子半解析模型

应力强度因子K是控制脆性断裂与疲劳裂纹扩展行为的重要力学量,历史上各类裂纹试样的K因子计算方法与公式都较复杂,所得到的KⅠ和KⅡ表达式为不同形式的回归式,公式的适用范围有限。针对含Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹的试样,基于能量密度等效原理提出求解Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹的K因子半解析模型,模型参数少,形式简单,普适性强,适用范围广。半解析模型预测的应力强度因子与文献结果和有限元结果吻合,该模型为脆性断裂与疲劳裂纹扩展行为相关研究提供了重要的理论基础。     

含裂纹石墨管振动研究

利用断裂力学和振动力学理论,借助有限元方法,研究含半椭圆裂纹石墨换热管的振动特性.首先,通过C 编程实现了对环形截面裂纹应力强度因子的积分运算,导出含裂纹梁单元的刚度矩阵,继而用Matlab计算了含裂纹管的振动特性.对列管式换热器的振动监测与诊断研究具有一定的参考意义.     

纵向剪切问题中圆边界上分叉裂纹的应力强度因子

采用位错配置法,研究弹性纵向剪切情况下圆边界上的分叉裂纹问题.在给出无限大域中点位错复势的基础上引入补充项,以满足圆边界自由的条件,得到圆边界上分叉裂纹问题的基本解.再由裂纹边界条件,建立奇异积分方程.然后利用半开型数值积分公式,把奇异积分方程化为代数方程,通过数值计算,直接得到裂纹端的应力强度因子值.这是一种解析数值相结合求解应力强度因子的方法,充分利用解析方法精度高和数值方法适用性广的特点,各裂纹位置可以是任意的.特例的计算结果和保角变换结果是一致的.文中算例给出远处作用纵向载荷时圆孔边缘上分叉裂纹的若干应力强度因子,以及圆柱边上作用纵向集中力时柱边缘处分叉裂纹的若干应力强度因子,讨论裂纹各分支之间的相互影响,所得的图表可以应用于工程实际.     

三维多裂纹应力强度因子的有限元分析

多处损伤和广泛分布疲劳损伤是影响军用老化飞机结构完整性的主要因素之一。三维裂纹前缘应力应变场很复杂 ,除个别理想情况外 ,绝大部分迄今为止无解析解。采用三维 2 0节点等参单元 ,运用ANSYS软件 ,对含半椭圆裂纹的半无限大体进行有限元分析 ,得到裂纹前缘各点的应力强度因子 ,通过对计算结果的分析 ,讨论裂纹长度、裂纹间距比、裂纹前缘位置对应力强度因子的影响以及多裂纹之间的相互影响 ,计算结果和手册的理论值比较表明 ,数值结果准确、方法可行     

基于FRANC3D计算三维疲劳裂纹最大应力强度因子

文中建立了三维模型并借助边界元分析软件FRANC3D采用边界元法计算了三维表面裂纹前沿不同位置处的应力强度因子,说明了FRANC3D基于的边界元理论计算半椭圆型表面裂纹应力强度因子的过程,并与理论公式计算结果相比较.结果表明,软件计算结果与理论解误差较小,裂纹最深处应力强度因子最大.     

某型主战坦克扭力轴的疲劳断裂分析与寿命计算

应用断裂力学理论和有限元分析方法对某型主战坦克扭力轴进行疲劳断裂计算和分析,论述裂纹尖端的奇异三角形单元划分技术,在有限元法计算的基础上求解裂纹尖端应力强度因子和裂纹形状系数,并结合Paris公式对某坦克扭力轴的疲劳寿命进行计算。     

装载机动臂的裂纹扩展寿命预测

装载机动臂在服役过程中所产生的疲劳裂纹直接影响作业安全.基于线弹性断裂力学理论,首先采用有限元法,在动臂铰孔处内壁建立半椭圆形的初始裂纹模型,分析计算在单个循环周期内载荷峰值下的应力强度因子值.然后通过数值拟合来研究在裂纹扩展过程中应力强度因子幅与裂纹深度的对应关系,在绘制?K-a曲线后利用Paris公式预测动臂的裂纹...     

300M钢应力强度因子厚度效应的有限元分析

基于Ansys软件建立了300M钢不同厚度M(T)试样的三维应力强度因子计算模型,比较了不同厚度下应力强度因子的数值解。将不同厚度下应力强度因子的数值解与解析解通过Paris公式拟合得到相应的a-N曲线并与实验数据进行对比,结果表明:应力强度因子有限元数值解具有厚度效应,对于不同厚度下的解析解有一定的修正作用。     

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.     

基于Schwartz-Neuman交替法的压力容器内接管表面裂纹的断裂力学分析

采用Schwartz-Neuman交替法计算了一个典型反应堆压力容器内接管应力集中处1/4椭圆形表面角裂纹的应力强度因子,并分析了角裂纹的应力强度因子随裂纹几何参数变化的规律。为了评估Schwartz-Neuman交替法的精度,首先计算了常规圆管上两种不同形式表面裂纹的应力强度因子,并通过与解析解的比对验证了Schwartz-Neuman交替法的良好计算精度。所得反应堆压力容器内接管应力集中处1/4椭圆形表面角裂纹的应力强度因子与文献[4]中有限元解吻合良好;但与常规有限元分析的计算模型相比,Schwartz-Neuman交替法所使用的单元数仅为前者的1%。算例表明,Schwartz-Neuman交替法不仅计算模型简单,并且可以准确地分析复杂结构中任意形状和深度的表面裂纹,因而它在三维复杂结构中裂纹的应力强度因子计算上具有明显的高效性。     

单向拉伸有限板中心椭圆孔边裂纹应力强度因子的估算近似公式

在现有的有限宽板修正系数公式的基础上，通过有限元计算分析，给出了一个较为理想的有限宽板修正系数公式。结合文中的无限板中心椭圆孔边裂纹的应力强度因子估算式，能很好地解决有限宽板中心椭圆孔边裂纹的应力强度因子的计算。有限元计算表明公式具有足够的精度。     

用修正的Newman-Raju法计算容器接管拐角裂纹的疲劳扩展

本文在总结前人工作的基础上,对解决三维孔边角裂纹的Newman-Raju解进行修正。通过对应力集中和接管几何结构的修正,提出了用修正的Newman-Raju解来求出容器接管拐角裂纹的应力强度因子,并用Paris公式来估计容器的疲劳扩展,其结果在工程上令人满意,可以推荐成为工程计算的依据。     

基于断裂力学的射孔套管孔边开裂行为分析

针对内压作用下的射孔套管的孔边开裂行为,应用断裂力学分别对线弹性条件和弹塑性条件下的孔边开裂进行分析,给出线弹性条件下圆柱壳体孔边裂纹应力强度因子和临界开裂内压公式,以及弹塑性条件下含孔边裂纹管道的临界开裂内压公式;通过MATLAB对两种条件下的力学模型进行解析,首先从线弹性条件下内压、裂纹长度以及孔径对应力强度因子的影响展开分析;然后从弹塑性条件下孔径和裂纹长度对临界开裂内压的影响进行分析;最后对小范围屈服情况下的两种断裂判据的套管临界开裂内压进行了对比。     

计算Reissner理论各向异性板应力强度因子的半权函数法

由功能互等定理导出用半权函数表示的各向异性板应力强度因子的解析表达式，并给出基于Reissner板理论含裂纹的各向异性板受弯曲、扭转和剪切作用的半权函数。计算含中心裂纹四边自由受纯弯曲作用板的应力强度因子，并与有关的结果进行比较，表明此方法简便、可靠。     

基于ABAQUS的货叉三维裂纹应力强度因子有限元分析

基于奇异单元法和断裂力学理论,针对叉车货叉由于锻造缺陷和疲劳引起的三维裂纹,应用ABAQUS软件研究了一种三维裂纹的建模方法,给出了计算货叉三维裂纹应力强度因子的途径,分析了裂纹深度对应力强度因子的影响。结果表明货叉三维裂纹应力强度因子随裂纹深度的增加而增加,为预测含裂纹货叉的承载能力和剩余寿命、制定判废标准等提供了相关的疲劳断裂分析参数。