动态内压下含裂纹厚壁圆筒动态应力强度因子的计算分析

本文应用有限单元法计算了动态内压下含裂纹厚壁筒的动态应力强度因子K_1(t),提供了合理的计算方案,研究了不同动载参量对动态应力强度因子的影响。文中提供了一种计算动态K_(t)因子的近似积分法,方便于各种形状动载内压曲线下的动态应力强度因子的计算。     

自增强厚壁筒残余应力和温度应力下应力强度因子的计算

本文用权函数法计算了自增强残余应力和温度应力下厚壁筒的应力强度因子,导得了适用于各种材料、自增强度、裂纹深度、温度和尺寸的厚壁筒应力强度因子的计算公式,编制了计算程序,方便于工程应用。     

求解厚壁筒动态应力强度因子的累进积分法

将累进积分法引入动态应力强度因子的求解过程中，并分别用该方法和有限元法求 了厚壁筒的动态应力强度因子比较两者的结果，可见累进积分法具有公式简单，编程易于实现等优点，可极大地方便于工程应用。     

外壁具有轴向裂纹的自增强厚壁圆筒的应力强度因子

<正> 一、前言工程中广泛采用自增强处理来提高厚壁圆筒的承载能力,经自增强处理后的厚壁筒,内壁保留有有利的残余压应力,外壁保留有拉应力。不恰当地增加自增强度,可能外壁先于内壁产生疲劳破坏。为了选择合理的自增强度,一般采用断裂力学理论对自增强厚壁筒的疲劳寿命进行分析。因此计算外壁出现裂纹的自增强厚壁筒的应力强度因子具有重要的     

自增强厚壁圆筒轴向内表面裂纹的应力强度因子

本文研究用有限元通用程序计算具有残余应力的自增强厚壁圆筒内半椭圆形表面裂纹的应力强度因子的方法。所考虑的应力强度因子被分为相应于工作内压及残余应力两部分，分别用三维有限元通用程序算得的裂纹前沿单元节点的垂直位移直接计算，对后者又运用了＂叠加原理＂。结果表明，残余应力的存在能有效地降低内裂纹的应力强度因子值，自增强度高者这一作用亦显著，残余应力引起的应力强度因子对裂织数目不敏感。     

内外压作用下纤维缠绕厚壁柱形容器的强度

研究各向同性材料内胆外对称均衡缠绕纤维的厚壁圆柱形容器在内外压力作用下的应力和强度特性。采用正交各向异性本构关系和轴对称厚壁筒理论, 获得纤维层和内胆的应力, 以及纤维方向三向应力的解析公式。利用Hoffman和Tsai-Wu失效准则研究薄壁筒理论和三维应力对应的强度随壁厚和缠绕角的分布规律。计算比较了有、 无内胆的纤维缠绕容器的强度随缠绕角的变化情况。利用ANSYS软件的层合单元SOLID191建立的模型给出的纤维向应力和强度比与本文理论结果吻合很好。研究发现: 基于层合板理论的二维纤维向应力公式给出了不准确的纤维向应力, 不准确的横向应力造成容器纤维层的强度值偏低; 不同的纤维类型和缠绕角, 厚度-半径比对强度比的影响不同; 基于二维应力分析的薄壁筒理论给出的纤维层强度比小于三维分析的结果; 缠绕角对无内胆的缠绕容器强度比的影响比有内胆的更敏感。      

煤矿多层复合式筒体结构内力分析及计算程序

本文研究三层复合式筒体结构在不均匀水平侧压力作用下的受力情况,提出这种结构按弹性厚壁筒理论计算应力和内力的方法,并编制了计算程序“HBT3”,给出了计算示例。     

钢筋套筒灌浆连接性能试验研究及筒壁应力分析

完成了12个钢制套筒灌浆连接件的拉拔试验,系统研究了其破坏过程与破坏形态、荷载-位移曲线、套筒应变等,重点分析了锚固长度、钢筋直径对筒壁应力的影响。运用厚壁圆筒理论,明确套筒灌浆连接件中钢筋与灌浆料以及套筒之间的传力过程,并基于轴向拉力建立了筒壁纵、横向应力的计算模型。研究表明:套筒灌浆连接件破坏过程分为弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段,屈服强度和极限强度与钢筋材性相近。随钢筋锚固长度增加,筒壁应力略有减小,且随着钢筋直径增加,筒壁的应力明显增大。同时,建议筒壁应力计算值与试验值吻合较好,可为钢筋套筒灌浆连接设计与研究提供借鉴。     

考虑纤维体积含量变化的纤维缠绕厚壁柱形结构的等强度设计

纤维缠绕厚壁柱形管道或容器在缠绕张力作用下会使缠绕纤维层的应力状态不断变化,形成沿壁厚力学性能非均匀的结构。依据缠绕过程中的纤维束应力状态分析和纤维束本构关系,获得了纤维体积含量与所受应力状态的关系。基于正交各向异性本构关系和双层筒模型的离散叠加法,建立了给定缠绕张力确定纤维缠绕厚壁柱形结构剩余张力的计算方法,并计算了等张力缠绕纤维层的纤维体积含量沿壁厚的分布。利用Tsai-Wu失效准则研究了纤维体积含量非均匀的厚壁柱形结构的纤维层强度。研究表明:缠绕工艺使内层纤维体积含量和强度均略高于外层,纤维缠绕厚壁柱形结构的强度分析和设计时应考虑这种影响;利用变化的缠绕张力设计可以实现强度比沿壁厚的均匀分布。     

基于裂纹尖端应力比值的含裂纹功能梯度材料圆筒应力强度因子计算方法

由于功能梯度材料(FGM)性质的特殊性,现有含裂纹FGM结构应力强度因子计算方法难以避免复杂的矩阵运算以及数值积分。该文针对含外表面环向裂纹FGM圆筒,利用FGM圆筒与均匀材料圆筒裂纹尖端应力之间的比例关系,将复杂的FGM圆筒应力强度因子求解问题转化为简单的应力值提取问题以及经验公式计算问题,仅由均匀材料圆筒应力强度因子经验公式、均匀材料圆筒和FGM圆筒裂纹尖端应力比值即可得到任意含裂纹FGM圆筒应力强度因子。该方法仅需建立2D轴对称模型即可满足计算要求,在保证精度的基础上成功回避了传统方法中的复杂矩阵运算以及数值积分,且适用于不同FGM、筒体尺寸、裂纹深度等情况下的应力强度因子计算。通过多组算例对比分析,证明该方法计算精度高、计算过程简便,便于工程应用。     

Calculation of stress intensity factors for a longitudinal semi-elliptical crack in a finite-length thick-walled cylinder

The purpose of this paper is to present the effect of finite boundary on the stress intensity factor of an internal semi-elliptical crack in a pressurized finite-length thick-walled cylinder  ( R _i/ t = 4)  . The three-dimensional finite element method, in conjunction with the weight function method, is used for computing the stress intensity factor at the deepest and surface points of an axial semi-elliptical crack in a cylinder. The transition aspect ratios, the aspect ratios in which the maximum stress intensity factor translates from the deepest to the surface points of the crack, are calculated for different relative depths and cylinder lengths. The results show that the stress intensity factor increases as the cylinder length decreases, especially at the corner point of the crack compared with the deepest point. The major advantage of this paper is that a closed-form expression is extracted for the stress intensity factor at the surface point of a semi-elliptical crack, which experiences higher changes due to the effect of the finite boundary of the cylinder.     

The calculation of dynamic stress intensity factors for a cracked thick walled cylinder

The finite element method for calculating dynamic stress intensity factors of a thick walled cylinder is studied in this paper, reasonable computational schemes are provided, and the regularity of stress intensity factors for a thick walled cylinder subjected to dynamic inner pressure is obtained. Furthermore, the superposition integral method is presented to compute dynamic stress intensity factors for the thick walled cylinder, which is convenient for calculating dynamic stress intensity factors of different kinds of dynamic inner pressures     

三点弯曲试样动应力强度因子求解的振动分析方法

采用振动分析方法,对冲击载荷作用下三点弯曲试样的动态响应进行了研究。通过对试样刚度的求解,把转动惯性和剪切变形的影响引入到动应力强度因子的计算中。动态有限元的分析结果表明,本文建立的动应力强度因子公式具有较好的计算精度。     

A weight function technique in three-dimensional fracture mechanics: static and dynamic

The weight function technique is used to analyse both static and dynamic three-dimensional fracture mechanics problems. The weight functions are first determined, in terms of Laplace transforms, by an indirect boundary element method. The stress intensity factor in the time domain is then obtained by Durbin's inversion method. The dynamic stress intensity factors are calculated for a central square crack in a square bar and a circular or elliptical crack in a cylinder under different types of loads. An extension of the method for arbitrary dynamic loads is developed via a dynamic Green's function approach.     

Elastodynamic response of a penny-shaped crack in a cylinder of finite radius

The elastodynamic response of a penny-shaped crack in a cylinder of finite radius is investigated in this study. A step stress is applied to the crack surface resulting in transient behavior. The stress field near the crack front and the dynamic stress intensity factor are determined. Numerical resifits on the dynamic stress intensity factor are obtained to show the influence of inertia, geometry and their interactions on the load transfer to the crack.     

含半椭圆表面裂纹圆柱壳体的三维热弹性动态断裂

研究了含轴向半椭圆表面裂纹的圆柱壳体在热应力与冲击载荷作用下的动态断裂情况,并应用所研制的三维动态断裂有限元程序进行了大规模的数值计算,确定了圆柱壳体的三维温度分布及热-力耦合下的动态应力强度因子,所得结果在一定程度上揭示了热-力作用下圆柱壳体的边界表面、裂纹面、物质惯性和弹性波的相互作用在结构动态断裂中的重要性。     

Pulse shape effects on the dynamic stress intensity factor

The interaction of a transient stress pulse with a penny-shaped crack embedded in an infinite elastic solid is investigated. The front of the incident stress pulse is assumed to be planar and parallel to the crack surfaces. A time-domain boundary integral equation method is applied for computing the time history of the crack opening displacement, from which the time dependence of the dynamic stress intensity factor is subsequently calculated. Numerical calculations are carried out for several stress pulses of different shape and time dependence, to explore the effects of the shape, duration, rise and descent time of a transient stress pulse, or the period and the mean stress of a cyclic stress pulse on the dynamic stress intensity factor. Implications regarding crack surface penetrations or crack surface interactions caused by certain stress pulses are also discussed.     

有限长厚壁圆筒康托洛维奇应力变分解端部偏差的修正

本文指出文献[4]、[5]在用康托洛维奇应力变分法解有限长厚壁圆筒轴对称问题时存在的端部应力偏差；提出一个消除该偏差的反向端部效应的问题；通过简单计算推导出满足其全部应力边界条件与平衡微分方程的应力表达式，并用应力变分法求得其解答；数值计算结果表明，该解答较好地修正了文献[4]中端部附近应力的偏差。     

复合材料补片止裂性能的方法研究

含裂纹金属板经复合材料补片胶接修补后的应力强度因子计算可分为两个阶段：首先假设复合材料补片胶接到一块没有裂纹的金属板上,根据广义平面应力的弹性包容理论计算胶接修补区内金属板上的应力值;其次在金属板上引入一条长度为2c的裂纹,并用近似方法估算裂纹尖端的应力强度因子和疲劳寿命。所得结果与有限元计算结果和疲劳寿命试验结果吻合较好。