纵向剪切问题中圆边界上分叉裂纹的应力强度因子

采用位错配置法,研究弹性纵向剪切情况下圆边界上的分叉裂纹问题.在给出无限大域中点位错复势的基础上引入补充项,以满足圆边界自由的条件,得到圆边界上分叉裂纹问题的基本解.再由裂纹边界条件,建立奇异积分方程.然后利用半开型数值积分公式,把奇异积分方程化为代数方程,通过数值计算,直接得到裂纹端的应力强度因子值.这是一种解析数值相结合求解应力强度因子的方法,充分利用解析方法精度高和数值方法适用性广的特点,各裂纹位置可以是任意的.特例的计算结果和保角变换结果是一致的.文中算例给出远处作用纵向载荷时圆孔边缘上分叉裂纹的若干应力强度因子,以及圆柱边上作用纵向集中力时柱边缘处分叉裂纹的若干应力强度因子,讨论裂纹各分支之间的相互影响,所得的图表可以应用于工程实际.     

300M钢应力强度因子厚度效应的有限元分析

基于Ansys软件建立了300M钢不同厚度M(T)试样的三维应力强度因子计算模型,比较了不同厚度下应力强度因子的数值解。将不同厚度下应力强度因子的数值解与解析解通过Paris公式拟合得到相应的a-N曲线并与实验数据进行对比,结果表明:应力强度因子有限元数值解具有厚度效应,对于不同厚度下的解析解有一定的修正作用。     

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.     

用线弹性和弹塑性方法确定断裂韧性

用线弹性和弹塑性方法测定了二种Ni-Cr-Mo钢的断裂韧性,从对线弹性/理想塑性的载荷位移曲线的计算以及从实验结果得知:应该采用Merkle和Corten关系来计算紧凑拉伸试样的J积分。用来确定临界J值的外推法,含有某些问题。作为一种选择,建议测定离钝化线一个固定距离的J。从J计算的以及从线弹性方法计算的应力强度因子之间的比较表明:线弹性断裂力学可以使用比金属材料平面应变断裂韧性试验方法ASTM(E 399-74)所规定的尺寸小得多的试样。等价能量法和用不同的夹式仪在离裂纹尖端的不同距离处测定的裂纹尖端张开位移给出了与J积分方法一致的应力强度因子。     

双材料界面裂纹应力强度因子计算

建立不同裂纹长度的双材料界面裂纹模型,用有限元软件计算和分析界面裂纹尖端附近的应力场和位移场.利用裂尖前沿应力和裂纹面相对位移分别计算了界面裂纹尖端的应力强度因子K,两种方法计算的K值完全吻合.通过数值分析,给出一种计算双材料界面裂纹应力强度因子K的经验公式.     

304不锈钢紧凑拉伸裂尖应力强度因子有限元分析

304不锈钢结构在工程应用中经常发生疲劳断裂.利用有限元数值模拟方法对304不锈钢制成的紧凑拉伸试样进行二维分析,通过J积分计算应力强度因子.使问题满足平面应力条件,通过对数据处理,分析载荷大小和裂纹长度对应力强度因子的影响.把有限元计算的结果和经验公式对比,分析误差及有限元方法的可行性.     

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。     

含椭圆孔单边裂纹板的数值分析

采用复变函数的解法,可以得到含有椭圆、圆和直线裂纹简单形状缺陷的板内应力的解析解。但对于含椭圆孔单边裂纹,由于数学上的保角变换函数比较复杂,因此在现有的文献中,没有含椭圆孔单边裂纹板的应力分布解。利用复变函数和有限元法,研究含椭圆孔单边裂纹板的平面弹性问题,得到单向拉伸荷载的作用下椭圆孔单边裂纹附近的应力分布,并与椭圆孔和直线裂纹解析解进行比较,同时计算椭圆孔单边裂纹尖端的应力强度因子。计算结果表明,在孔和裂纹尖端附近,有明显的应力集中现象,应力迅速衰减,很快趋于板所加荷载值。由于孔和裂纹的相互作用,裂纹尖端和椭圆孔口附近的应力增大。通过有限元计算的孔边应力分布和裂纹尖端的应力强度因子与解析解吻合较好,说明计算结果的准确性。得到的含椭圆孔单边裂纹板的应力分布的数值解可以为工程设计提供理论依据。     

裂纹前沿网格参数对皮带轮应力强度因子的影响

针对皮带轮三维裂纹体端面网格数和轴向网格数的优化问题,基于应力强度因子理论,对皮带轮张开型表面裂纹前沿的网格参数进行了正交实验研究.首先,研究了正交设计理论和应力强度因子的位移法计算原理;然后,在皮带轮应力集中位置,建立了一定大小的裂纹,并对该裂纹的应力强度因子进行了有限元计算;最后,用正交设计方法设计了裂纹体周边网格...     

复合材料层间增韧机理的有限元分析

在复合材料层间植入韧性夹层,可以有效提高层间韧性,其增韧机理在于夹层可以有效降低纤维层对裂纹尖端的约束,并降低裂纹尖端应力.文中建立层间裂纹的有限元模型,采用数值分析方法,分别计算加入夹层前后裂纹尖端的J积分值、应力强度因子以及裂纹尖端的应力场.计算结果表明,加入夹层后Ⅰ型和Ⅱ型层间裂纹尖端的J积分、应力强度因子和裂尖应力场均显著降低,并指出在夹层和相邻纤维层间界面附近出现的高应力区是造成界面失效的一个原因.     

高频谐振载荷作用下Ⅰ型疲劳裂纹尖端力学参数变化规律

为研究高频谐振式疲劳裂纹扩展试验中带有Ⅰ型预制裂纹的紧凑拉伸(CT)试件裂纹尖端力学参数的变化规律,利用动态有限元方法,采用ANSYS和MATLAB软件编写程序,计算了CT试件在高频恒幅正弦交变载荷作用下,在一个应力循环及裂纹扩展到不同长度时裂纹尖端区域的位移、应变场及裂纹尖端的应力强度因子,并分析了其变化规律。在计算裂纹尖端应力强度因子时,首先采用静态有限元方法和理论公式验证了有限元建模和计算的正确性,然后采用动态有限元方法研究了裂纹扩展过程中裂纹尖端应力强度因子的变化规律。最后进行了高频谐振式疲劳裂纹扩展试验,采用动态高精度应变仪测量了裂纹扩展到不同阶段时裂纹尖端点的应变,并对有限元计算结果进行了验证。研究结果表明：在稳态裂纹扩展阶段,高频谐振载荷作用下Ⅰ型疲劳裂纹尖端位移、应变及应力强度因子均为与载荷同一形式的交变量;随着裂纹的扩展,Ⅰ型疲劳裂纹尖端的位移、应变及应力强度因子幅不断增大;静态应力强度因子有限元计算值和理论值的误差为2.51%,裂纹尖端点应变有限元计算结果和试验结果最大误差为2.93% 。     

复合材料飞轮断裂与损伤的研究

用有限元方法分析复合材料飞轮在高速旋转时径向应力与环向应力的分布情况,预测飞轮的极限转速及损伤与断裂形式,同时用实验的方法进行验证,实验所得结果与有限元分析结果具有很好的一致性。     

一种加筋板多裂纹应力强度因子的试验验证方法

给出一种加筋板多裂纹应力强度因子试验验证方法,是基于等幅载荷下裂纹扩展速率反推得到的.该方法不仅能确定复杂问题的应力强度因子,而且能验证确定加筋板多裂纹应力强度因子的类比法.进行LY12CZ铝合金加筋板多裂纹裂纹扩展试验,给出试验验证反推应力强度因子的方法及过程.并给出用类比法近似计算的结果和试验验证结果及平均值.同时也指出这一方法可解决复杂问题应力强度因子的确定,但裂纹扩展速率存在一定的分散性.得到的结果表明试验验证方法和类比法对于确定加筋板多裂纹应力强度因子是可用的.     

关于表面裂纹线弹簧模型的改进

对表面裂纹线弹簧模型进行改进,初步解决未改进的线弹簧模型在远离裂纹最深处(即靠近自由表面处)误差较大的问题.着重对线弹簧本构关系(即模型的内部解)作改进.在内埋椭圆裂纹应力强度因子解的基础上,籍助应变能方向导数的关系将它转变为二维穿透裂纹,引入修正系数得到改进的边裂纹板条解,即改进的线弹簧本构关系(改进的内部解).外部解采用Reissner板理论.用改进的模型计算表面裂纹前缘法向应力强度因子,结果与Newman有限元解进行较系统的比较,表明改进的模型能在较大范围内更好地与Newman解相符.     

一种求解复杂结构三维裂纹应力强度因子的工程方法--推广的片条合成法

以现有的片条合成法为基础,发展了一种可用于计算含复杂边界条件结构的三维裂纹应力强度因子的方法———推广的片条合成法,推导了相应的位移协调公式。应用推广的片条合成法,对一般结构表面裂纹的裂尖应力强度因子进行了验证性的分析和讨论,计算结果与Newman解进行对比,趋势合理、精度完全满足工程要求;同时,计算了具有复杂边界的凸台结构表面裂纹的裂尖应力强度因子,给出可供工程参考的结果和结论。     

分阶式双渐开线齿轮弯曲强度的研究

应用有限元方法,系统地分析了分阶式双渐开线齿轮的阶梯参数对弯曲力的影响,提出了等弯曲强度阶梯参数的选择依据与原则;研究了危险截面所在位置,分析螺旋角系数和接触线系统,提出了弯曲应力计算公式;采用冻结切片三维光弹试验方法,对该齿轮的真实受载应力进行试验与分析;在高频疲劳强度试验机上完成软硬齿面轮齿的弯曲疲劳强度试验。结果表当齿厚变位系数为０．０８时,双渐开线齿轮的弯曲强度约提高１５％。     

盒形件主要变形区的应力近似理论解析

根据盒形件拉深变形的特点,假设盒形件切应力零线上质点的变形规律同当量的轴对称件相似,得到了盒形件凸缘区和悬空侧壁区应力的近似理论解析。该计算方法的可靠性得到了有限元模拟计算的验证,不仅为研究盒形件变形规律提供了一种有效的理论解析手段,而且为拉深智能化控制中的参数识别模型和预测模型的建立奠定了理论基础。     

一种多裂纹应力强度因子计算的新方法

提出一种多裂纹应力强度因子计算的新方法--复合法(亦称修正系数相乘法),该方法的目的是为了建立一种多裂纹结构复杂应力强度因子的简单计算方法.该方法是根据不同结构承受相同载荷,其应力强度因子用相乘原理,且多裂纹结构可以分解为若干简单情况.实际上,这种方法是多裂纹应力强度因子的修正系数由各简单情况的修正系数相乘得到.文中给出三个计算例题,用组合法和复合法进行计算比较.计算结果表明,复合法计算更简单、方便和直接,两种方法计算得到的结果非常接近.     

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.     

非对称斜耳片钉孔单边穿透裂纹应力强度因子计算研究

运用ANSYS软件建立非对称斜耳片受纵向拉载的平面有限元计算模型,在耳孔面上施加符合真实受载情况的余弦分布载荷;通过分析耳片量纲一裂纹长度a/R1、外内径比R2/R1、耳孔内径R1、裂纹斜切角β1和β2等参数对应力强度因子值的影响规律,拟合得到非对称斜耳片受纵向拉载的耳孔单边穿透裂纹尖端应力强度因子表达式;开展含不同孔边裂纹长度的非对称斜耳片剩余强度试验,将采用此方法计算得到的各试验件断裂时的临界应力强度因子值与试验数据进行对比,结果表明,拟合得到的应力强度因子表达式具有较高的计算精度;此计算方法同样适用于其他形式耳片结构,从而为工程上对飞机典型耳片结构的损伤容限设计与评估工作提供参考。