V形切口尖端裂纹起裂方向的主应力判别准则及其验证

围绕V形切口尖端裂纹起裂方向,分析了V形切口尖端裂纹应力场、位移场、应力强度因子,提出了裂纹起裂方向的主应力判别准则。首先,详细给出了V形切口尖端应力应变场的求解方法,通过裂纹尖端场本征值的三次线性拟合及误差分析,确定了V形切口尖端裂纹位移场;然后,建立了V形切口尖端的数值分析模型,运用数值计算方法确定了应力强度因子和切口强度因子,提出了V形切口尖端裂纹起裂方向的主应力判断准则,给出了外推法求解分析过程;最后,以LY8为试验材料,在张角2β＝60°的V形切口情况下,对提出的V形切口尖端裂纹起裂方向计算方法与判别准则进行了试验验证。     

基于广义混合富集元法的应力强度因子分析

以位移元模型为基础求解裂纹尖端应力强度因子(Stress Intensity Factor, SIF)的方法众多,但是,当模型网格较稀疏时,位移元模型的刚度偏大;另外,位移元模型不方便直接引入应力边界条件,边界应力结果有失客观性。基于富集元思想,结合广义H-R变分原理提出了广义混合富集元列式。基于该列式的有限元模型,一方面消除了经典混合富集元法结果的震荡问题,另一方面兼顾了裂纹尖端应力参量的奇异性和应力边界条件引入的方便性。实例分析表明,利用该方法求解应力强度因子,数值结果稳定可靠且精度较高。     

带环向切口金属杆的扭转剪切断裂

扭转圆杆的环向切口根部存在高度集中的剪切应力,Ⅲ型应力强度因子是裂纹端部应力场奇异性的度量.为探求带环向切口的受扭金属圆杆最大承载力的计算方法,通过对不同切口尺寸杆件的扭转剪切断裂实验,由各试件的预制切口尺寸和实验中测到的最大转矩分别计算相应的应力强度因子;利用非线性断裂理论推导出计算带环向切口裂纹扭转杆承载转矩的计算公式,将理论计算数值与实验结果进行比较,表明铸铁比碳钢试验结果更接近理论计算值.     

复合型V形切口脆断的应变能密度因子准则

通过定义V形切口应变能密度因子,将V形切口尖端的奇异应变能密度转化为非奇异的应变能密度因子.基于V形切口尖端附近的线弹性奇异应力场,建立Ⅰ-Ⅱ复合型V形切口脆性断裂的应变能密度因子准则,并把裂纹作为切口张角为零的V形切口,从而将V形切口问题与裂纹问题的断裂准则统一起来.为了验证该准则,采用有机玻璃(polymethyl methacrylate,PMMA)板材加工了多种单边复合型V形切口试样进行拉伸破坏实验,应用上述准则对试样的起裂方向和临界载荷进行预测,并与最大周向应力准则和实验结果进行比较.结果表明,用所建立的应变能密度因子准则所预测的临界载荷在切口张角较小时更接近于实验结果.     

一种V型切口应力强度因子的计算公式

基于奇异点附近的应力场,利用最小二乘法提出一种确定应力强度因子的数值方法,并获得了应力强度因子的计算公式,利用有限元软件ANSYS对90°V型切口应力强度因子进行了计算分析,结果表明该公式给出的结果可靠,精度高,便于工程运用。     

T形焊接接头根部裂纹应力强度因子研究

建立T形焊接接头根部裂纹的半椭圆裂纹模型,定义裂纹模型的构形参数以及边界条件,分析裂纹尖端的应力强度因子。采用奇异单元法,通过有限元计算,模拟裂纹尖端的应力奇异性。并通过收敛性检验确定裂纹尖端的单元尺寸。在此基础上,计算裂纹尖端量纲一应力强度因子,并分析其受几何参数影响的变化规律。计算结果表明,对于给定的载荷条件下,不同初始裂纹尺寸时,裂纹尖端的应力强度因子存在一定的规律性,且不同几何参数对应力强度因子的影响程度存在一定差异,因此,对焊接结构疲劳强度研究时需要有一定的侧重点。采用多重线性回归方法拟合仿真计算结果,这些结果为进一步研究T形焊接接头根部裂纹扩展和疲劳寿命预测提供参考。     

双频振动系统下空心轴下料寿命模型

针对复合频率振动下空心轴的下料研究,建立了下料寿命与空心轴几何参数及加载状态之间的关系.推导出空心轴的V形切口尖端处应力强度因子(stress intensity factor,简称SIF),基于已搭建的双频振动系统,建立了动力学模型.在双频振动下通过绘制一维多级应力谱,得到V形切口处所受等幅名义应力,由此得到复合频率...     

复合型V形切口脆断的能量释放率准则

在实际工程中,脆性材料中的V形切口多处于复合型受力状态,因此,确定脆性材料中的复合型V形切口起裂角和临界载荷有着重要的意义.基于V形切口尖端附近的奇异应力场和位移场,采用支裂纹应力强度因子的起始值,提出了Ⅰ-Ⅱ复合型V形切口脆性断裂的能量释放率准则;并对复合载荷下单边切口试件进行了起裂角和临界载荷预测,将其结果与应变能...     

基于ANSYS的V型切口模型应力强度因子计算

基于ANSYS有限元软件,给出了含有切口尖端应力奇异场模型的有限元建模和分析方法,利用有限元模型的分析结果,分别采用多种方法,计算和分析了V型切口平面模型的切口参数对其应力强度因子的影响,并对所采用的不同方法进行了对比和讨论。结果表明,当利用预制切口对材料进行拉伸断裂的机械加工时,应尽可能加大预制切口的长度和减小切口的张角。     

计算应力强度因子的无网格-直接位移法

目前计算裂纹尖端应力强度因子的无网格法一般均采用。积分方法,但由于该方法为间接求解,降低了求解精度与求解效率。文中采用无网格—伽辽金方法,选取带有扩展基的奇异基函数,以精确计算裂纹尖端位移场,并借鉴有限元法中计算应力强度因子的直接位移法,提出一种计算含裂结构裂纹尖端应力强度因子的新方法,即无网格—直接位移法。数值计算结果表明,该方法具有简捷、高效的特点,可以准确计算裂纹尖端应力强度因子。     

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。     

有限板多孔MSD的应力强度因子计算

首先阐明组合法求解有限板多孔MSD( multiple site damage)应力强度因子的基本原理,然后就组合法运用中比较难以解决的多孔边裂纹间的修正系数问题,提出一种基于复变函数法的有效解决方法.将完善后的组合法应用于有限板多孔MSD应力强度因子的求解,计算某型飞机典型铆接壁板无主裂纹和含主裂纹两种情况的数值算例.通过与有限元结果的比较可知,该方法的计算结果精确、可靠,计算过程简单、易行.提出的近似解析方法能很好地应用于任意分布的有限板多孔MSD裂纹结构,在工程断裂问题中有较好的应用价值.     

随机加载下缺口局部应力应变的弹塑性有限元计算

根据材料在塑性变形后引起的各向异性和Bauschinger效应,利用Jhansale模型原理,对缺口件在随机加载下的缺口根部的局部应力和应变进行弹塑性有限元分析,有限元分析采用了随动强化模型,并考虑材料瞬态局部应力应变的响应特性,最后,将本文有限元的局部应力应变历程分析结果与工程上常用的Neuber法进行了比较。     

含接触问题多孔连接结构的多裂纹裂尖应力强度因子研究

多孔多裂纹损伤结构的安全问题是当今航空工程中非常关注且亟待解决的问题,特别是对其断裂特性及裂尖应力强度因子的研究,从分析方法到数据结果都十分缺乏。文中运用考虑销钉与结构板件间接触的有限元分析方法,建立合理的计算模型,为多孔多裂纹裂尖应力强度因子提供可靠、可行的分析途径。通过大量计算,给出典型多孔结构多裂纹应力强度因子计算结果曲线及图表,分析其相互影响规律及破坏特性,计算结果和结论可作为该类结构损伤容限设计的参考依据。     

复合材料补片参数对裂纹尖端应力强度因子的影响

利用有限元法对复合材料补片修补前后的铝合金薄板的裂纹尖端应力强度因子KI进行研究,分析各类补片参数对裂纹尖端应力强度因子的影响.结果表明,在正确选择复合材料补片的参数后,修补后铝合金板裂纹尖端的应力强度因子有显著地下降.     

光弹性法和有限元法对应力强度因子的求解

为了探讨应力强度因子的计算方法,应用光弹性法和有限元法分别对含单边裂纹的紧凑拉伸试件进行实验分析和数值计算,给出有限元计算断裂问题的详细步骤以及光弹性法中通过求形状因子间接得到应力强度因子的实验过程。结果表明实验值与有限元计算值相吻合。有限元计算能够为优化设计提供较便捷的手段,而实验可以校验数值计算的正确性。两者可以取长补短,发挥各自的优势,可以更好地解决工程问题。     

换热边界下变物性梯度功能材料板瞬态热应力

用有限元和有限差分法,分析了由ZrO2 和Ti-6Al-4V组成的变物性梯度功能材料板的瞬态热应力问题,检验了方法的正确性,给出了对流换热边界下变物性梯度功能材料板的瞬态热应力场分布,并与不考虑变物性时的结果进行了比较。结果表明：在计算瞬态热应力场分布时,变物性是影响梯度功能材料板瞬态热应力场的最重要因素之一。此外,材料组分的分布形状系数 M、环境介质温度和对流换热系数的变化对变物性梯度功能材料板的瞬态热应力场分布均有明显的影响。此结果为梯度功能材料的设计和应用提供了理论计算依据。