基于新型流形法的三维应力强度因子求解

为保证在裂纹尖端具有最佳的逼近,裂纹尖端的解析解与其周边数值解联合应用的新型流形法可用来求解应力强度因子,但仅限于平面问题的Ⅰ型和Ⅱ型裂纹。沿用解析解与数值解联合应用的思路,以三维穿透直裂纹为研究对象,在裂纹尖端引入Williams解析解级数,应用解析覆盖与周边数值覆盖联合求解三维应力强度因子,相对于其他数值方法而言,计算精度高。推导相应的刚度矩阵和应变矩阵的表达式,通过典型算例验证了三维应力强度因子精确求解方法的有效性。     

基于Aabqus的圆孔孔边裂纹的研究

采用Abaqus有限元分析软件计算有限元模型在不同几何参数条件下的应力强度因子。采用位错连续分布法的基本理论,计算得出了的孔边裂纹应力强度因子的解析解,并与数值模拟的结果对比分析。结果表明:应力强度因子的数值计算结果与理论解析解基本吻合,其数值大小随着有限元模型的几何参数不同而变化。随着裂纹与水平方向的夹角增加,圆孔孔边裂纹Ⅰ型应力强度因子呈现逐渐减小的趋势。而Ⅱ型应力强度因子则随着裂纹角度的增加呈线型比例增加。     

求解断裂问题的新型无网格数值流形法

无网格数值流形法(MLS-NMM)将基于节点近似的移动最小二乘插值法(moving least squares,MLS)引入数值流形法(numerical manifold method,NMM)中,降低了NMM的网格依赖性,提高了计算精度,同时继承了NMM能自然地处理连续与非连续问题的优点。为提高MLS-NMM求解断裂问题的适应性,通过将裂纹尖端附近的数学片整合生成复合片,并在其上定义有限项的位移Williams级数重现裂纹尖端的位移场,同时在裂纹尖端附近采用四叉树局部加密方式提高计算精度,建立求解线弹性断裂问题的新型无网格数值流形法。该方法可直接利用应力强度因子和Williams级数项的关系求解应力强度因子,避免了后处理方法(如交互作用积分法)求解。为模拟裂纹扩展,使用最大周向应力准则判定裂纹扩展方向。最后,通过2个应力强度因子算例和2个裂纹扩展算例的计算模拟,结果显示:本文方法求解线弹性断裂问题是有效的,且建议取9项Williams级数和采用2层局部加密方式。     

线弹簧单元开发与表面裂纹应力强度因子计算

表面裂纹应力强度因子计算是断裂力学一项基础性的,却又十分困难的工作;本文利用线弹簧模型法推导了八节点线弹簧单元,综合运用了断裂力学求解线性方程组的波前法、子结构法和迭代法优点,开发了一种计算板壳类焊接结构表面裂纹应力强度因子的实用法和相应的专用计算程序。通过对平板和 T 型焊接接头表面裂纹应力强度因子计算表明,计算值能够满足工程要求。     

考虑长轴方向相邻裂纹影响的双向间隔诱导缝强度模型

基于应力强度因子手册中数值计算结果对长轴方向相邻裂纹影响进行了研究,得到了长轴方向相邻裂纹影响系数公式,将该公式运用到诱导缝等效强度模型中,得到分别基于有效裂纹扩展量和尺寸效应公式且考虑长轴方向相邻裂纹影响的诱导缝等效强度计算公式.算例表明基于有效裂纹扩展量的等效强度模型中抛物线模型计算结果最为合理.     

有限板中裂纹应力强度因子的计算

采用Muskhelishvili复势理论和Riemann—Hilbert问题的解法，给出了裂纹表面受伪集中力作用时的基本解。并利用“伪力法”和叠加原理给出了含中心斜裂纹的岩石类材料在压缩荷载作用下的应力强度因子的解法，分析了裂纹方向对应力强度因子的影响。利用基本解和边界条件可以计算板长和板宽对应力强度因子的影响。     

含中心裂纹薄壁型钢的又一组应力强度因子解

首先根据无限大中心裂纹板在Ⅰ型荷载作用下应力分布的全场解析解,构建薄壁杆件在均匀拉伸时沿裂纹所在截面的正应力的分布模型;然后利用平衡条件确定无量纲应力强度因子Y(ξ)获得含中心裂纹拉伸薄壁型钢的又一组无量纲应力强度因子Y(ξ)的近似解析解.与现有的数值结果比较表明,该方法不仅简单实用,而且结果可靠.文中给出的几种常见薄壁杆件含Ⅰ型中心裂纹时的无量纲应力强度因子的近似简单解析表达式,既适用于焊接组合薄壁杆件,也适用于冷弯薄壁杆件.     

常见薄壁拉伸构件带中心裂纹时的应力强度因子公式

首先根据无限大中心裂纹板在Ⅰ型荷载作用下应力分布的近场奇异解．构建薄壁杆件在均匀拉伸时沿裂纹所在截面的正应力的分布模型;然后利用平衡条件确定无量纲应力强度因子;从而建立了一种求解含中心裂纹薄壁杆件应力强度因子的面场分析近似方法。与现有的数值结果比较表明,该方法不仅简单实用。而且结果可靠。文中给出的几种常见薄壁杆件含Ⅰ型中心裂纹时的无量纲应力强度因子的近似简单解析表达式。既适用于焊接组合薄壁杆件。也适用于冷弯薄壁杆件。     

高压断路器瓷套裂纹尖端应力强度因子研究

针对三维裂纹尖端应力强度因子计算困难的现状,提出了一种新型的三维裂纹应力强度因子计算方法,通过与其它方法在计算含圆孔平板裂纹尖端应力强度因子的对比分析,验证了本文应力强度因子计算方法的有效性和优越性。建立含裂纹缺陷的高压断路器瓷套有限元数值模型,将本文方法应用于高压断路器瓷套裂纹的应力强度因子计算,研究了高压断路器瓷套表面裂纹应力强度因子与瓷套所处环境温度、裂纹分布位置和裂纹尺寸的变化关系,获得了易导致瓷套断裂的环境、裂纹分布位置和裂纹尺寸,为电力行业中断路器瓷套的设计及运行维护提供有效的技术指导和借鉴。     

岩石断裂力学的扩展有限元法

针对岩石材料的断裂力学问题阐述扩展有限元法的单元位移模式的选择、确定平面裂纹空间位置的水平集法和特殊单元的数值积分方法。介绍最大周向应力裂纹扩展判据和计算应力强度因子的相互作用积分法,进而建立岩石断裂力学的扩展有限元法。建立Ⅰ型裂纹和Ⅱ型裂纹的岩石断裂力学的扩展有限元计算模型,对I裂纹的应力强度因子和Ⅱ型裂纹的裂纹扩展路径进行扩展有限元法数值模拟计算。结果表明,建立的岩石断裂力学扩展有限元法可对岩石材料的断裂力学参数和裂纹扩展路径进行数值模拟分析,验证了数值计算结果的合理性,能有效地描述岩石断裂力学特性。     

支柱瓷绝缘子裂纹数值建模及应力强度因子研究

针对瓷绝缘子等复杂几何模型中三维裂纹建模困难的现状,提出了一种新型的三维裂纹实体数值建模法,通过平板半椭圆形表面裂纹应力强度因子的数值解和理论解的对比分析,验证了提出的裂纹实体建模法的有效性。基于有限元理论,建立了支柱瓷绝缘子的数值仿真模型,计算了瓷绝缘子在无缺陷状态下的应力分布情况,应用本文的裂纹建模法建立了瓷绝缘子的表面裂纹,分析了瓷绝缘子表面裂纹应力强度因子随裂纹尺寸以及裂纹所在位置的变化规律,获得了易导致断裂的危险裂纹尺寸和裂纹危险分布区域,为电力系统中瓷绝缘子的运行维护提供理论指导和技术支持。     

考虑长轴方向相邻裂纹影响的双向间隔诱导缝等效强度模型

基于应力强度因子手册中数值计算结果对长轴方向相邻裂纹影响进行了研究,得到了长轴方向相邻裂纹影响系数公式,将该公式运用到诱导缝等效强度模型中,得到分别基于有效裂纹扩展量和尺寸效应公式且考虑长轴方向相邻裂纹影响的诱导缝等效强度计算公式。算例表明基于有效裂纹扩展量的等效强度模型中抛物线模型计算结果最为合理。     

点腐蚀裂纹的应力强度因子分析

由点腐蚀诱发的裂纹分为穿透型裂纹和表面型裂纹两种形式,通过半解析半数值方法,分别给出两种裂纹形式的应力强度因子表达式。对于穿透型裂纹,其应力强度因子表达式基于有限宽板上的圆孔周界散射出的裂纹的应力强度因子推导得到,并采用有限元方法进行验证,验证结果表明表达式与有限元方法吻合良好;对于表面型裂纹,首先采用有限元方法进行系列计算,根据计算结果进行回归分析并得到应力强度因子的回归公式,然后对回归公式进行显著性检验,检验结果表明回归公式是显著成立的。     

任意多裂纹应力强度因子的位移不连续数值算法

1　绪　　言 yh土木工程中的岩石、混凝土等介质通常处于压缩外荷载的作用下且其内部往往裂纹随机发育 ,工程结构的极限状态一定程度上受裂纹扩展特性的影响。因此 ,研究压剪条件下随机复杂裂纹应力强度因子的计算方法从而有效地研究断裂扩展问题是土木工程领域所面临的重大课题。迄今 ,人们对此进行了大量的基础理论及数值计算方法等的研究 ,取得了许多有实用价值的成果 ,形成了解析法[1～ 3] 、数值方法[4～ 16] 、半解析半数值方法[2 ] 等应力强度因子的计算方法。其中 ,解析方法、半解析半数值方法所能解决的问题还十分有限 ,仅能解决拉伸荷载作用下的有限个规则排列的裂纹问题 ;大量工程结构中的复杂裂     

含中心裂纹薄壁型钢的又一组应力强度因子解

首先根据无限大中心裂纹板在Ⅰ型荷载作用下应力分布的全场解析解,构建薄壁杆件在均匀拉伸时沿裂纹所在截面的正应力的分布模型;然后利用平衡条件确定无量纲应力强度因子Y(ξ)获得含中心裂纹拉伸薄壁型钢的又一组无量纲应力强度因子Y(ξ)的近似解析解。与现有的数值结果比较表明,该方法不仅简单实用,而且结果可靠。文中给出的几种常见薄壁杆件含Ⅰ型中心裂纹时的无量纲应力强度因子的近似简单解析表达式,既适用于焊接组合薄壁杆件,也适用于冷弯薄壁杆件。     

孔洞对爆生裂纹动态扩展行为影响研究

试验研究含有预制裂纹的砂岩圆板在爆炸荷载下不同孔洞间距(S)对裂纹动态扩展行为的影响。试验中采用应变片测试获取爆炸加载波形作为AUTODYN数值模拟裂纹扩展效果及ABAQUS数值计算应力强度因子的加载力。试验中采用CPG测得裂纹起裂—扩展时刻,根据测得试验数据得出普适函数,对ABAQUS计算所得应力强度因子进行修正最终得到裂纹动态极限应力强度因子。通过对比分析在不同孔间距下裂纹的动态极限应力强度因子,裂纹扩展长度及裂纹扩展速度得出以下述结论:(1)孔洞对爆炸荷载下的预制裂纹动态扩展行为有所影响,且孔洞间距越小其影响效果越显著;(2)一般情况下裂纹的起裂极限应力强度因子要略高于扩展极限应力强度因子,裂纹的扩展速度对裂纹扩展极限应力强度因子有一定影响,且二者总体趋势呈反比;(3)当裂纹扩展至孔洞附近时,由于孔洞的作用提高了裂纹的扩展极限应力强度因子,进而降低了裂纹的扩展速度并减小了裂纹的扩展长度。此外若将孔洞视为隧道光面爆破中的辅助孔或周边孔,那么研究结论可为隧道光面爆破中控制断面内的原生裂纹扩展长度,以期达到隧道围岩最大程度上的完整性提供理论支撑。     

采用裂纹张开位移确定复合材料的应力强度因素

主要目的是采用裂纹张开位移(COD)确定复合材料的混合模式应力强度因子。首先,用带裂纹复合材料的一系列解决办法评估裂纹张开位移值,然后采用最小二乘法计算混合模式应力强度因子。这个算法可用于任何生成或测量裂纹张开位移值的方法,其优点是接近裂纹末端的裂纹张开位移值不是必需的。应用有限元模拟和实验室试验两个方法证实,如果排除解法的特定条件,最小二乘法具有一定的精度。     

张拉应力对ANSYS计算应力强度因子的影响研究

结合有限元裂纹模型,研究了张拉应力的变化对裂纹尖端应力强度因子数值以及最大应力强度和等效应力的影响,并对结构的稳定性进行了数值化分析,指出了模型的危险区域及其变形情况。     

基于扩展有限元法梁裂纹扩展有限元分析

基于ANSYS有限元平台的扩展有限元方法(XFEM),应用最大周向应力准则判断裂纹扩展趋势,对三点弯曲混凝土梁裂纹扩展过程进行数值模拟。构建了加载过程中荷载-裂纹张开位移曲线(F-CMOD),并模拟裂纹扩展全过程。对比数值模拟与实验所得的荷载-裂纹张开位移曲线,对比发现二者较为吻合,进一步证明数值模拟的可靠性。求解了不同加载时间的应力强度因子,并建立了应力强度因子随时间变化曲线,相比于其他求解方式,扩展有限元有着裂纹网格划分简单等优势。     

基于ANSYS的应力强度因子计算

以平板表面裂纹为例,介绍和分析了运用有限元软件ANSYS计算应力强度因子的方法。通过对求得的应力强度因子值与解析解的比较,表明用有限元方法计算应力强度因子具有相当高的精度,并且操作简便。