新的估算表面裂纹应力强度因子经验公式

该文给出了新的估算拉伸和纯弯曲载荷下表面裂纹应力强度因子的经验公式。根据疲劳裂纹扩展的数值模拟结果确定强度因子分布函数;利用按已知应力强度因子分布函数求裂纹形状及相应应力强度因子的方法计算给定尺寸的表面裂纹的应力强度因子;通过对数值结果的曲线回归得到估算表面裂纹应力强度因子经验公式。利用该公式对有限厚度和宽度平板内表面裂纹的应力强度因子进行了估算,并与已知的半椭圆形表面裂纹的应力强度因子解进行了比较。该文结果为估算表面裂纹应力强度因子提供了一种新的途径。     

一个简化的表面裂纹应力强度因子的计算公式

通过三点弯曲加载的表面裂纹试样研究了碳氮共渗、渗氮及调质几种不同热处理的(?)面裂纹疲劳扩展行为。试验证实:半椭圆表面疲劳裂纹的长轴(c)、短轴(α)与试样厚度(B)符合α/c α/B=0.99±,,12的关系式。并且在我们的试验范围内(0.33≤α/c≤0.71;0.29≤α/B≤0.67),其长轴端应力强度因子可用简单的放学式进行计算:△K_c=A·△,(πc)/(1/2)·M_w.其中A≈0.5。由此大大简化了表面裂纹应力强度因子的计算。     

拉—拉疲劳下15MnMoVN多裂纹扩展研究

为分析单裂纹或多裂纹在裂纹面承受疲劳拉伸载荷作用下尖端应力强度因子变化规律和裂纹形貌变化以及疲劳寿命情况,以含不同初始长深比的半椭圆单裂纹或双裂纹的薄片试样为研究对象,对试样在应力比R=0.1的疲劳拉伸载荷下单裂纹或双裂纹情况进行了仿真分析。建立含裂纹试样的有限元模型,仿真分析了裂纹在扩展过程中尖端应力强度因子的分布情况,并将单裂纹扩展结果与双裂纹相互作用影响下的结果进行了对比研究;进行含裂纹试样的疲劳实验,分析了含单裂纹或双裂纹的试样的断裂面的形成原因,并验证仿真结果正确性。结果表明,裂纹面之间的相互作用会逐渐影响裂纹的扩展方向、扩展速率以及在扩展过程中尖端应力强度因子的变化趋势;而且初始形貌为半椭圆形的双裂纹在相互作用影响下会逐渐过渡到半圆形。     

焊接接头应力强度因子计算公式的改进

针对焊接接头的半椭圆表面裂纹的应力强度因子SIF 的计算公式, 该文介绍了目前常用的Newman-Raju-Maddox 模型和Yamada-Hirt-Albert模型以及两种模型的异同性。经过分析, 发现Yamada-Hirt-Albert模型存在不足, 其SIF 公式难以合理地计算均匀受拉状态下的SIF 值。在对现有文献中研究数据的分析基础上, 改进了Yamada-Hirt-Albert 模型, 提出了新的SIF 计算公式。经与Benchmark 数据以及其他国外试验结果的比较, 验证了该文所提出的SIF 改进公式具有更好的可靠性。     

基于水平集算法的扩展比例边界有限元法研究

扩展比例边界有限元法在裂纹贯穿单元采用Heaviside阶跃函数描述裂纹面两侧的不连续位移,在裂尖则采用半解析的比例边界有限元描述奇异应力场。该方法具有无需预先知道裂尖渐进场的形式,无需采用特殊的数值积分技术直接生成裂尖刚度阵,对多种应力奇异类型可根据定义直接求解广义应力强度因子的特点。该文将扩展比例边界有限元法与水平集方法相结合,进一步发展了扩展比例边界有限元法,并将其应用于解决裂纹扩展的问题。在数值算例中,通过编写完整的MATLAB分析计算程序,求解了单边缺口的三点弯曲梁和四点剪切梁的裂纹扩展问题,计算结果显示扩展比例边界有限元法能有效地预测裂纹轨迹和荷载-位移曲线。通过参数敏感性分析,还可得出该方法具有较低的网格依赖性,且对裂纹扩展步长不敏感。     

双材料界面端应力奇异性的数字光弹性分析

在双材料界面端奇异性应力场方程的基础上,采用数字相移光弹性方法分析了具有实数应力奇异性的界面端应力强度因子。实验选择铝合金/环氧树脂双材料形成135°和90°界面端切口进行四点弯曲测试,利用数字相移光弹性法得到界面端全场等色线级数作为原始数据。将应力光学定律和界面端奇异性应力场方程相结合,分别得到条纹级数距离界面端成线...     

垂直界面裂纹应力强度因子的加料有限元分析

为求解裂尖位于界面上的垂直双材料界面裂纹应力强度因子,发展了一种加料有限元方法。该方法应用Williams本征函数展开和线性变换方法求解裂尖渐进位移场,将该位移场加入常规单元位移模式中,得到加料垂直界面裂纹单元和过渡单元的位移模式,给出加料有限元方程。建立了典型垂直界面裂纹平面问题的加料有限元模型,求解加料有限元方程直接得到应力强度因子,与文献结果对比表明该方法具有较高的精度,可方便地推广应用于垂直界面裂纹的计算分析。     

裂纹扩展问题的改进XFEM算法

利用扩展有限元法计算裂尖附近应力、位移场,进而得到裂尖应力强度因子和开裂角;水平集法描述、追踪裂纹,并由单元结点水平集值判别单元类型;将二者结合起来分析处理裂纹扩展问题。针对水平集判别倾斜裂纹单元类型的不足,分析问题的原因,并给出解决方案。最后,通过典型算例分析,表明将扩展有限元法与水平集法结合分析裂纹扩展问题时具有不需网格重构,裂纹与网格相互独立的特点;同时验证了笔者提出解决方案的准确性和可行性。     

梯度复合材料应力强度因子计算的梯度扩展单元法

推导了一种适用于梯度复合材料断裂特性分析的梯度扩展单元,采用细观力学方法描述材料变化的物理属性,通过线性插值位移场给出了4节点梯度扩展元随空间位置变化的刚度矩阵,并建立了结构的连续梯度有限元模型.通过将梯度单元的计算结果与均匀单元以及已有文献结果进行对比,证明了梯度扩展有限元(XFEM)的优越性,并进一步讨论了材料参数对裂纹尖端应力强度因子(SIF)的影响规律.研究结果表明:随着网格密度的增加,梯度单元的计算结果能够迅速收敛于准确解,均匀单元的计算误差不会随着网格细化而消失,且随着裂纹长度和属性梯度的增大而增大;属性梯度和涂层基体厚度比的增大导致涂覆型梯度材料的SIF增大;裂纹长度的增加和连接层基体厚度比的减小均导致连接型梯度材料的SIF增大.     

梯度复合材料应力强度因子计算的梯度扩展单元法

推导了一种适用于梯度复合材料断裂特性分析的梯度扩展单元, 采用细观力学方法描述材料变化的物理属性, 通过线性插值位移场给出了4节点梯度扩展元随空间位置变化的刚度矩阵, 并建立了结构的连续梯度有限元模型。通过将梯度单元的计算结果与均匀单元以及已有文献结果进行对比, 证明了梯度扩展有限元(XFEM)的优越性, 并进一步讨论了材料参数对裂纹尖端应力强度因子(SIF)的影响规律。研究结果表明: 随着网格密度的增加, 梯度单元的计算结果能够迅速收敛于准确解, 均匀单元的计算误差不会随着网格细化而消失, 且随着裂纹长度和属性梯度的增大而增大; 属性梯度和涂层基体厚度比的增大导致涂覆型梯度材料的SIF增大; 裂纹长度的增加和连接层基体厚度比的减小均导致连接型梯度材料的SIF增大。     

双材料界面端附近奇异应力场消除几何条件研究

基于Bogy特征值方程,分析了消除界面端奇异应力场的几何条件,给出了平面应力和平面应变条件下的接合角组合曲线.应用有限单元法对上述结果进行了验证,并对消除应力奇异性后的界面应力进行了分析与讨论;结果表明:采用刚好使奇异性消失的接合角会获得最均匀的界面应力分布.     

分析不同材料界面应力奇异性的一维杂交有限元方法

该文提出了一种计算效率较高的分析不同材料界面应力奇异性的一维杂交有限元方法。为了推导该方法,首先列出了用于求解不同材料界面裂纹奇异应力场特征解的基本方程和边界条件,然后利用加权残量方法(weighted residual method),得到上述基本方程和边界条件的弱形式,该弱形式的基本变量为位移和应力。运用Galerkin有限元方法的思想及上述弱形式,最后得到了一个一维杂交有限元方法,该一维杂交有限元方法只需对扇形区域在角度方向上离散,其总体方程为一个二次特征矩阵方程。数值算例表明:该方法可以准确而高效地计算不同材料界面奇异应力场的特征解。     

双压电材料界面力电耦合场奇异性研究

针对不同压电材料中界面裂纹尖端的扇形区域推导出了包含基本方程、裂纹面D-P边界条件和不同压电材料交界面处的边界条件的弱形式。在该弱形式的基础上,利用特征方程展开方法(eigenfunction expansion technique),可以得到一个分析压电材料裂纹尖端处力电耦合场奇异性的特殊的一维有限元列式。该一维有限元列式只需对扇形区域在角度方向上离散,最后的总体方程为一个二次特征根方程。求解该特征根方程就可以得到压电材料裂纹尖端处力电耦合奇异场的特征解。通过数值算例表明该方法可以准确而高效地计算压电材料裂纹尖端处力电耦合奇异场的特征解,进而用该方法研究了双压电材料界面力电耦合场的奇异性。     

各向异性复合材料尖劈的应力奇异性次数研究

为了确定各向异性复合材料尖劈的应力奇异性次数,提出了一种确定广义平面应变情况下各向异性弹性接合材料界面端应力奇异性次数的一维特殊有限元法。该方法基于最小势能原理,通过坐标变换和变量分离消除径向坐标,把应力奇异性次数的求解降阶为仅与环向坐标相关的一维问题。采用三节点一维等参数二次单元,对该一维线性领域做网格划分。数值计算结果与理论解比较,表明该方法具有很高的精度和效率。     

过渡区应力集中对复合材料强度试验准确度的影响

本文通过推导复合材料强度试验值之准确度与试样破坏部位的关系和破坏发生在试样不同部位的概率,研究了试样过渡区应力集中对复合材料强度试验的影响,讨论了提高试验准确度的措施.     

增强增韧聚合物基复合材料宏细观应力集中的分析与研究

利用均匀化方法与有限元法相结合,对增强增韧聚合物基复合材料宏观应力集中位置的细观应力集中进行了数值分析与模拟,得到了改性体的材料性能从柔性到刚性、且具有不同体积组份时复合材料的细观应力场,并显示了沿改性体圆弧界面的法向应力、环向应力、剪切应力和Mises应力集中系数的分布规律,定性分析了增强增韧聚合物基复合材料的破坏形式.     

两种材料平面切口应力强度因子计算

本文先推导两种材料平面切口尖端应力应变场,然后利用分区混合有限元在切口尖端构造奇异应力元,在应力元外围划分常规的位移元,计算不同切口张角和不同材料比值下切口应力强度因子。     

电铲斗杆强度分析

应用Ｓｕｐｅｒ ＳＡＰ程序对２１００ＢＬ电铲斗杆进行了强度分析，得出不同工况下的最大应力值及危险截面位置。该结果与美国Ｐ&Ｈ公司发布的维修公告一致，为进一步改进结构设计提供了依据。     

STUDIES OF STRESS CONCENTRATION BY USING SPECIAL HYBRID STRESS ELEMENTS

The stresses around rectangular holes of rounded corners and rounded notches are analysed by using the combination of three kinds of three-dimensional special hybrid stress finite elements. One kind of three-dimensional hybrid stress finite element with a traction-free inclined surface has been developed here based on an extended Hellinger–Reissner principle by a rational approach. Other two kinds of 12-node three-dimensional hybrid stress elements with a traction-free cylindrical surface and a traction-free perpendicular surface, respectively, were derived based on the Hellinger–Reissner principle. Examples have indicated that the combination of these special solid elements is far superior in predicting the stress concentration factors, the distributions of circumferential stresses and normal stresses for solids with holes and notches. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

压气机叶轮孔边动应力集中现象的研究

本文对某压气机叶轮内均压孔的孔边动应力分布进行了试验研究。试验分别采用正弦激励模态共振法和锤击激励传递函数测量法。两种试验方法得出的应力集中系数基本一致．所得数据对压气机叶轮裂纹故障的诊断及对策有重要价值，试验方法和数据对一般结构的应力集中问题有通用的参考意义。