研究冷挤压孔附近残余应力强度因子分布的激光散斑一权函数混合法

根据确定裂纹应力强度因子权函数法基本理论的特征,提出实验力学-权函数混合法的构想,为解决更复杂和三维问题等难题提供一种有效的新途径.用激光散斑-权函数混合法研究了冷挤压孔附近残余应力强度因子的变化规律,得到的结果对冷挤压孔加工工艺中控制裂纹长度,提高构件的疲劳寿命和可靠性设计可起到指导性的作用.     

两种求解应力强度因子权函数方法的对比分析

对WXR权函数法和通用权函数法的特点进行了分析,并通过计算两种典型一维I型裂纹结构(有限宽板中心穿透裂纹、双边穿透裂纹)承受均布、梯度分布载荷下的应力强度因子,对两种权函数法的精度进行了对比评估。得到以下主要结论:对于二维线裂纹体WXR权函数法精度相对较高,但应用于三维面裂纹体时相对复杂亦不能表现三维效应,通用权函数法能够直接方便地适用于二、三维裂纹问题。两种权函数法对参考应力分布下的应力强度因子计算精度与对复杂非均匀应力分布下的计算精度基本一致,要保证其在复杂应力分布下具有较高的计算精度,必须提高参考应力强度因子解本身的精度。     

热权函数法求解热冲击下复合型裂纹应力强度因子

采用热权函数法对热冲击下复合型裂纹的应力强度因子进行求解,给出了热权函数法计算复合型裂纹应力强度因子的有限元格式.对典型例题进行计算,证明热权函数法具有较高的计算效率与满意的工程精度.     

计算平面Ⅰ、Ⅱ型复合应力强度因子的半权函数法

给出计算一般平面裂纹问题应力强度因子的半权函数方法。该方法引入两个满足裂纹面零应力条件、平衡方程以及裂尖位移具有r^-1/2奇异性的虚拟位移与应力函数的解析表达式，即半权函数。从功能互等定理出发，结合从裂纹下缘到上缘绕裂尖任意路径的位移与应力的近似值，得到Ⅰ、Ⅱ复合型应力强度因子KⅠ和KⅡ积分形式的表达式。由于在积分中避开了裂尖的奇异性，因此即使采用较粗糙的模型或方法得到的近似值，也可以得到精度较高的KⅠ、KⅡ。相对于权函数法，本方法的限制条件较少，半权函数易于获得，实用性强；相对于有限元法计算量小，模型建立简便。     

求解热冲击下复合型应力强度因子的热权函数法

对热冲击下复合型裂纹的应力强度因子进行研究,给出复合型应力强度因子计算的热权函数法格式.利用刚度阵导数法将热权函数法与有限元法直接耦合,推导热权函数法计算复合型应力强度因子的有限元格式.结合虚拟裂纹扩展技术完成热权函数的计算,热权函数与时间无关,从而免除对每一时刻所需作的有限元或边界元分析,大大简化了计算过程.对典型例题进行计算,通过与直接热弹性力学法计算得到的结果进行比较,证明热权函数法具有较高的计算效率,并且又具有满意的工程应用精度.     

非穿透型齿根裂纹应力强度因子权函数法求解

齿轮齿根是具有非穿透性的三维裂纹,其应力强度因子计算求解难度大且过程复杂。对此应用片条合成权函数法将三维裂纹问题转化为一系列“等效的”薄片单元二维裂纹问题。根据作用在薄片单元上的法向力按照其啮合刚度进行分配,求出作用于每个薄片单元上的法向力,再运用二维裂纹权函数法计算每个薄片单元裂纹应力强度因子。其求解结果与有限元法计算结果十分吻合,最大误差为3.9%。     

干涉预应力释放对三维裂纹尖端应力强度因子的影响研究

以冷挤压孔三维裂纹为讨论对象,应用ANSYS大型工程有限元计算软件,在线弹性条件下,模拟由于干涉产生的预应力释放的真实过程,研究预应力释放对裂纹尖端应力强度因子的影响规律。文中将干涉预应力考虑为内部载荷,分别对不同裂纹长度下的含裂纹体进行挤压,在不同的挤压状态下直接求解应力强度因子,以此等效地模拟裂纹扩展过程中干涉预应力释放的应力强度因子求解。文中通过计算分析,给出了考虑干涉预应力释放的真实情况下裂纹尖端的应力强度因子随裂纹长度及模型厚度的改变趋势和规律,并与不考虑干涉预应力释放的情况下裂纹尖端的应力强度因子进行对比分析。     

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。     

具有包覆层油管断裂性能分析

利用将界面裂纹问题转化为非界面裂纹问题的方法，并借助权函数理论分析了具有包覆层管道的表面半椭圆裂纹应力强度因子，推导出一种具有包覆层管道界面裂纹的应力强度因子的解析式，可以用于解决工程界面裂纹问题。同时，利用ANSYS软件对包覆层厚度对管道应力应变的影响规律进行了分析。     

多圆孔边裂纹应力强度因子复变函数解

飞机机身蒙皮结构多紧固件,孔边裂纹扩展过程中的加速效应主要表现为多条疲劳裂纹之间应力强度因子的相互干涉。基于Muskhelishvili复变函数理论和有限截项原则,提出一种修正的近似迭加方法,用于求解远场应力作用下的多圆孔边裂纹应力强度因子,并分析了双孔等长裂纹、双孔不等长裂纹、三孔等长裂纹、三孔不等长裂纹等四种开裂模式的应力强度因子变化规律。算例表明,随着相邻裂纹尖端逐渐趋于接近,裂纹间的干涉效应表现明显,无量纲应力强度因子快速增加。     

用杂交有限元法计算三维裂纹的应力强度因子

根据放松了连续性要求的修正势能原理及裂纹尖端的应力、位移场,推导了杂交单元的单元刚度矩阵。用杂交元法计算了纯扭转载荷下带有环形裂纹的圆柱体的应力强度因子。计算结果表明,这种计算方法具有较高的精确度。用杂交元法计算了裂面上作用有弯、切,扭载荷试件的应力强度因子,这类试件可用于进行三维断裂准则的实验研究。     

A study on the development of photoelastic experimental hybrid method for colour isochromatics (II)

Using the photoelastic experimental hybrid method, we can obtain stress intensity factors and separate the stress components near the crack tip of any material under various loading conditions from only isochromatics. However, monochromatic light has, until now been used in the photoelastic experimental hybrid method to produce black and white isochromatics. The existing photoelastic experimental hybrid method using black and white isochromatics requires high order fringes to obtain sufficient experimental data for photoelastic hybrid techniques. If a photoelastic experimental hybrid method for colour isochromatics is developed, isochromatics with a maximum fringe order of 2 will be adequate for gathering the necessary experimental data for stress analyses using photoelastic hybrid techniques. Therefore, in this work, photoelastic experimental hybrid method for colour isochromatics of a crack problem was developed, and its superiority demonstrated by comparing its results with the results from black and white isochromatics. The use of few fringe orders in photoelastic experimental hybrid method for colour isochromatics is an important feature of this method. Because of this feature, this method, specifically the reflection type photoelastic method where low fringe orders are produced compared to the transmission type photoelastic method, can be widely used in stress analysis of real components.     

热和机械载荷联合作用下的通用权函数法及应用

将热权函数法拓展为包括温度载荷、表面力和体积力等机械载荷在内的通用权函数法.通用权函数只与物体的几何形状有关,与时间及载荷无关.利用多虚拟裂纹扩展技术,给出热和机械载荷联合作用下的三维Ⅰ型裂纹问题通用权函数法的有限元格式.通用权函数法特别适合于计算复杂冲击载荷下应力强度因子分布的过渡过程.计算实例表明,通用权函数法具有很高的计算效率,又具有与COD法相当的精度.     

残余应力对对焊接头疲劳性能的影响

利用线弹性断裂力学（ＬＥＦＭ）理论、迭加原理和有限元分析方法,就残余应力对对焊接头的疲劳性能的影响进行了理论分析。采用有限板中边界裂纹及中心穿透裂纹的Ｂｕｅｃｋｎｅｒ及Ｋａｎａｚａｗａ权函数,计算对应对焊接头中的各种残余应力分布的残余应力强度因子。建立了考虑不同残余应力水平影响的表面裂纹疲劳模型,估算对焊接头疲劳寿命及疲劳强度,并与试验数据进行比较验证。     

Analysis of a radial crack in cross-ply laminates under uniaxial tension

The problem of a radial crack in cross-ply laminates under uniaxial tension is investigated in this paper. The normalized stress intensity factors are obtained by the modified mapping collocation method which is based on analytic complex function theory of complex variables. The present results for an isotropic infinite plate show good agreement with existing solutions. In the range of small crack length, the stress intensity factor for a radial crack in cross-ply laminates under uniaxial tension becomes larger as the percentage of 0° plies increases. However in the range of large crack length, it is insensitive to the percentage of 0° plies.     

Analysis of a crack approaching a circular hole in cross-ply laminates under biaxial loading

The problem of a crack approaching a circular hole in cross-ply laminates under uniaxial and biaxial loading is investigated in this paper. The effects of material orthotropy, geometry [R/d and a/d], and loading conditions on crack tip singularity are investigated. The stress intensity factors are obtained by the modified mapping collocation method. The present results for an isotropic infinite plate show good agreement with existing solutions. The results for cross-ply laminates show that the stress intensity factors strongly depend on material orthotropy, geometry, and loading condition. The stress intensity factors for cross-ply laminates exist between those for θ=0° and those for θ=90° in the whole range of crack length and decrease as the percentage of 0° plies increases. In the range of small crack length the stress intensity factors for biaxial tension are higher than those for uniaxial tension. In the range of large crack length the stress intensity factors for uniaxial tension are higher than those for biaxial tension.     

Evaluation of stress intensity factor for a partially patched crack using an approximate weight function

A cracked plate with a patch bonded on one side was treated with a crack-bridging model using weight function : assuming continuous distribution of springs acting between th crack surfaces, the stress intensity factor of the patched crack was numerically obtained. Especially in the case of a patched crack subjected to residual non-uniform stress, the stress intensity factor was easily with the corresponding approximate weight function. This paper presented the stress intensity factors for a crack partially patched within a finite plate or a patched crack initiated from a notch.     

含有内部斜裂纹的弹性半平面应力场研究

讨论含有内部斜裂纹的弹性半平面静力学问题,其中载荷作用在裂纹面上.研究基于断裂力学原理、复变函数方法以及Riemann-Hilbert（R-H）边值问题的一般理论.提出模型耦合方法,将原问题分拆成含有有限长度裂纹的全平面问题和无裂纹半平面问题的叠加.与其他文献的结果比较表明,该方法具有精度高,便于实现的优点.最后,给出所研究问题的半解析解及裂纹尖端的应力强度因子.     

无网格伽辽金方法在线弹性断裂力学中的应用研究

通过对移动最小二乘形函数进行局部修正,将混合变换法应用于无网格伽辽金方法,给出分析线弹性断裂力学问题的有效的无网格伽辽金方法。这一方法克服了无网格伽辽金方法中常用的拉格朗日乘子法和罚函数法的缺点,实现了本质边界条件在节点处的精确施加。运用线弹性断裂力学理论,采用基于t-分布的新型权函数和部分扩展基函数,对有限板单边裂纹的应力强度因子和拉剪复合型裂纹的扩展进行分析。由于该方法仅需节点信息,而不需要节点的连接信息,从而避免了有限元方法中的网格重构,大大简化了裂纹扩展的分析过程。数值计算结果表明了方法的有效性。     

大型隔膜泵曲轴三维裂纹起裂裕度有限元分析

讨论基于断裂力学理论求解应力强度因子的方法。在此基础上介绍利用Ansys有限元分析软件对含有三维裂纹的隔膜泵曲轴应力强度因子进行计算的过程,同时介绍使用Ansys软件自带的宏命令建立含三维裂纹模型的方法,并使用该方法对含三维裂纹曲轴各个截面在12种工况下分别进行分析,得出各个截面存在裂纹时的危险等级。通过有限元分析计算,可以判断曲轴裂纹是否扩展,从而为生产过程中的探伤等工艺提供参考。