求解应力强度因子的单元初始应力法

提出一种计算应力强度因子的单元初始应力法,该法采用退化的1/4节点奇异单元,通过近裂尖最佳应力点应力进行求解,进而求得应力强度因子.采用单元初始应力法对有限尺寸中心穿透裂纹板受远场均布拉力作用下的应力强度因子计算,数值分析得到的解与精确解相比,平面应变模型的相对误差为3.12%,三维模型的相对误差为3.26%.由该法计算的半椭圆表面裂纹板受远场均布拉力作用下的应力强度因子的数值解与手册解相比,最大相对误差为2.28%.单元初始应力法与位移法相比,具有精度高、简捷、高效的特点,可以较为方便且精确地计算三维裂纹尖端的应力强度因子,值得推广.     

圆柱壳内曲面椭圆裂纹应力强度因子数值计算

采用1-4节点法,在裂纹前沿设置三维奇异单元,建立了求解圆柱壳内埋曲面椭圆裂纹应力强度因子的断裂力学有限元模型,对裂纹前沿各点应力强度因子进行了分析,得出了应力强度因子的变化曲线并确定了最大应力强度因子所在位置为出现氢腐蚀分层现象的化工设备的安全评估提供了重要的依据.     

人工心瓣热解炭表面微裂纹应力强度因子分析

人工机械心瓣热解炭涂层表面存在着微小缺陷,大多以半椭圆裂纹的形式存在,在载荷作用下易发生扩展甚至断裂。应力强度因子是判断裂纹是否进入失稳状态的一个重要指标。该文利用三维断裂分析软件,结合有限元分析软件计算了人工心瓣热解炭中心半椭圆裂纹拉伸试样不同位置处的K I,并与基于实验基础的理论值进行对比,同时讨论了初始裂纹大小、位置和形状对K I的影响,结果表明:计算值与理论值最大相对误差不超过3%,验证了该软件计算热解炭K I的有效性,K I随初始裂纹尺寸增大而增大;初始裂纹位于试样中心或边缘对K I几乎没有影响;裂纹长半轴与短半轴比值越接近1,计算结果越稳定。     

含裂纹法兰接管的应力强度因子数值计算

针对炼油过程中腐蚀性介质容易导致接管与法兰连接处环焊缝高应力区发生开裂,给管路运行造成重大安全隐患的问题,根据断裂力学基本理论建立了含穿透裂纹法兰接管有限元分析模型,运用1/4节点法,通过在裂纹前沿设置三维奇异单元,求解裂纹的应力强度因子.得到了不同裂纹长度的裂纹前沿应力强度因子的分布情况.根据计算得到的数据,作出了应力强度因子的变化曲线并确定了最大应力强度因子所在的位置.分析结果表明,应力强度因子的最大值出现在裂纹前沿靠近法兰接管外表面处.应力强度因子是进行含缺陷压力容器及管道的安全评定的重要参数.     

位移法计算半椭圆表面裂纹应力强度因子影响因素分析

借助有限元分析软件ABAQUS建立含半椭圆表面裂纹有限厚度板有限元模型,根据计算得到的相关节点位移分别采用Chen-Kuang公式、Shih公式和1/4节点位移公式计算半椭圆表面裂纹应力强度因子,考察单元类型和裂尖附近区域网格参数变化对3种位移法计算应力强度因子精度的影响,根据计算结果给出各网格参数的合理范围。结果表明,3种位移法中Chen-Kuang公式计算结果波动最小;二次六面体全积分单元C3D20和二次六面体减缩积分单元C3D20R计算结果一致性良好,减缩积分单元计算结果受网格参数影响较小。文中的方法和结论可用于复杂工程结构中三维裂纹应力强度因子计算。     

42CrMo钢CT试件应力强度因子的计算方法研究

以风电变桨轴承用42CrMo钢为研究对象，利用Abaqus并采用退化的奇异单元建立了初始裂纹三维有限元CT试件模型，同时进行了裂纹前缘的应力强度因子数值计算。在远离裂纹前缘部分采用六面体网格划分。采用围线积分的方法提取裂纹前缘应力强度因子分布情况，并将数值计算结果与理论计算结果进行对比分析，得到了裂纹前缘应力强度因子分布规律以及在不同载荷和裂纹长度的条件下裂纹前缘应力强度因子的变化规律。     

三维反轴对称裂纹问题的SQCE列式及计算

首次提出和推导了计算三维反轴对称裂纹体裂纹前缘应力、应变、位移场和应力强度因子（ＳＩＦ）的奇异准协调单元（ＳＱＣＥ）列式。对各种比例反轴对称的应力强度因子、尺寸影响系数进行了大量计算，其误差小于１％。     

裂纹尖端应力强度因子的有限元计算方法分析

通过在裂纹前缘附近采用退化的奇异单元,远离裂纹部分则采用常规单元的方式,建立了带穿透性裂纹板的有限元模型。分析了1/4节点位移法、位移外推法、虚拟裂纹闭合法3种方法计算裂纹尖端应力强度因子的特点。根据有限元后处理结果,分别采用以上3种方法计算了裂纹尖端的应力强度因子,结果显示3种方法计算结果一致性较好。研究了载荷、裂纹长度、构件几何参数对裂纹尖端应力强度因子的影响。3种方法的比较分析,对裂纹尖端应力强度因子的计算方法选择具有指导意义。     

I型裂纹问题的相似形状单元聚缩解法

提出Ｉ型裂纹应力强度因子的相似单元聚缩解法，该方法首先在裂纹尖端附近自由划分相似单元，多层相似单元形成一个子结构；然后将子结构内的大量结点自由度聚缩掉，在聚缩过程中充分利用相似形状单元具有相同刚度矩阵的特点，最后通过结点位移计算一组广义坐标，利用广义坐标和应力强度因子间的关系获得应力强度因子。作为算例，本文求解了边裂纹和中心裂纹矩形板的拉伸问题。     

油气输送管道疲劳裂纹起裂特性与影响因素

为了研究油气输送管道中疲劳裂纹的扩展特性,在疲劳载荷的作用下在试件中导入了倾斜疲劳裂纹,以此模拟油气管道中存在的实际裂纹.实验采用疲劳载荷的应力比为0和-1,疲劳裂纹的倾斜角度为45°.通过测量沿着裂纹开口方向和滑移方向的不连续位移量,计算管道中用作裂纹起裂判据的Ⅰ型应力强度因子(KⅠ)mes,和Ⅱ型应力强度因子(KⅡ)mes,以及抑制裂纹开口和滑移方向位移的应力强度因子(KⅠ)s和(KⅡ)s;讨论了疲劳裂纹的应力强度因子(KⅠ)s和(KⅡ)s的影响因素.其结果是:对于应力比0和-1的疲劳裂纹,(KⅠ)s和(KⅡ)s都小于零;而回火后的裂纹的(KⅠ)s和(KⅡ)s都接近于零,即压缩残余应力将对裂纹起裂(初始扩展)起到限制和阻碍的作用.     

分域边界元法双映射奇异元计算应力强度因子

边界单元法是一种很有效的数值计算方法,目前在很多工程领域的数值分析中都有了广泛的应用,并取得了很好的效果.用它来求解裂纹尖端的应力强度因子就是这种方法在断裂力学中非常成功而有效的应用.文中简单介绍线性单元的分域边界单元法的相关公式,并引入双映射奇异单元,分析了带单边斜裂纹的单向拉伸板的应力强度因子.计算的结果与其他解比较表明:这种方法效果很好,有较高的计算精度.     

三点弯曲-剪切试样的应力强度因子

利用一种边界元法研究具有偏移边裂纹的三点弯曲-剪切试样.该边界元方法由Crouch与Starfield提出的常位移不连续单元和笔者最近提出的裂尖位移不连续单元构成.在该边界元方法实施过程中,左、右裂尖位移不连续单元分别置于裂纹的左、右裂尖处,而常位移不连续单元则分布于除了裂尖位移不连续单元占据的位置之外的整个裂纹面及其他边界.算例说明这种边界元法不论对无限大还是对有限大平面弹性复杂裂纹问题的应力强度因子的计算都是非常有效的.对具有偏移边裂纹的三点弯曲-剪切试样的应力强度因子进行了详细的研究,给出了数值结果.     

双向载荷作用下无限大板中源于正方形孔的分支裂纹的应力强度因子

为研究源于正方形孔的一对分支裂纹问题提出一种边界元法,该边界元方法由Crouch与Starfield提出的常位移不连续单元和裂尖位移不连续单元构成.在该边界元方法的实施过程中,左、右裂尖位移不连续单元分别置于裂纹的左、右裂尖处,而常位移不连续单元则分布于除了裂尖位移不连续单元占据的位置之外的整个裂纹面及其他边界.算例说明,这种边界元法对计算平面弹性复杂裂纹的应力强度因子非常有效.给出的双向载荷作用下无限大板中源于正方形孔的一对分支裂纹的应力强度因子的详细数值结果,可以揭示双向载荷参数对应力强度因子的影响.     

一种确定双重应力强度因子的数值方法

基于奇异点附近的位移场和奇异应力场,提出了一种利用普通的数值分析结果确定双重应力强度因子的数值方法和提高应力强度因子求解精度的结点选取方法,并把确定V形切口与裂纹的应力强度因子问题统一起来,利用有限元软件MSC／Nastran对Ⅰ-Ⅱ型复合平面裂纹以及V型切口问题进行了具体计算。计算结果表明,所提出的方法具有通用性强、精度高的特点,便于实际工程应用。     

基于ANSYS的应力强度因子计算

以I型裂纹的3点弯曲试件为例,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．     

压应力对铝合金长短疲劳裂纹尖端应力影响有限元分析

应用弹塑性有限元方法,研究压应力对铝合金长短疲劳裂纹尖端应力场、塑性区的影响.分别建立两个具有长短中心穿透裂纹高强铝合金板的有限元模型,进行拉压加载模拟分析.结果表明,压应力对铝合金长短疲劳裂纹尖端应力有显著影响,相同的应力强度因子条件下,在一拉-压加载周期,当拉应力减小到零时裂纹尖端应力不为零,裂纹尖端应力对裂尖的挤...     

路面结构裂缝应力强度因子数值计算

路面裂缝尖端应力强度因子是判断裂缝开裂扩展的重要指标 .应用奇异等参元及断裂力学理论 ,对 3种荷载简化模式下路面单裂缝问题进行了数值分析 .在裂缝尖端附近采用最小二乘法回归得到了相应的裂缝尖端应力强度因子 ,同时应用有限宽板条模型进行了数值验算 .计算结果表明 ,裂缝长度与基层模量对裂缝尖端应力强度因子影响较大 ,凸形荷载作用下裂缝更易扩展 .     

含裂纹铆钉搭接板的权函数法与扩展寿命分析

铆钉搭接结构是典型的多位置损伤敏感结构,容易在多个铆钉孔边萌生疲劳裂纹,进而威胁飞机结构安全。由于裂纹个数、位置和大小随机多变,铆钉与平板间存在复杂的接触关系。为高效、准确计算多铆钉搭接板的应力强度因子以进行裂纹扩展寿命分析,提出针对搭接结构复杂裂纹问题的权函数分析方法。首先,对多铆钉搭接板的复杂裂纹构型进行合理简化分类,利用其对应的权函数求解应力强度因子。然后,采用有限元分析计算含裂纹多铆钉搭接板的应力强度因子以验证权函数法的计算精度。最后,将经验证的权函数分析方法结合Paris裂纹扩展公式,对铆钉搭接结构进行疲劳裂纹扩展分析,并通过试验验证分析方法的有效性。结果表明,采用权函数法计算的应力强度因子与完全采用有限元方法计算的应力强度因子的相对差别小于5%,分析预测的裂纹扩展寿命与试验结果吻合良好,且计算效率比完全采用有限元法快3个数量级,进而为铆钉连接结构孔边裂纹的应力强度因子和疲劳裂纹扩展分析提供了一个有效方法。     

裂纹尖端场一种新的奇异元研究

提出构造奇异单元的一种新方法,引入8节点四边形单元,通过退化为6节点三角形单元,从而构造出表达裂纹尖端的奇异性的奇异元;给出了应用ANSYS计算应力强度因子的具体实施步骤,计算结果与理论值进行对比,表明该方法的可行性与可靠性.