空间薄壁筋条加筋板应力强度因子的解析—有限元混合法

在铆钉力法的基础上提出了薄壁筋条和蒙皮均含裂纹时计算加筋板应力强度因子的解析－有限元混合法。对含裂纹和不含裂纹空间薄壁筋条，分别建立了棱线横向位移不连续平板模型和修正的二力杆模型。分析和计算发现，空间薄壁筋条和蒙皮均含裂纹时，加筋板应力强度因子的变化出现了一些新的规律。     

多裂纹加筋板应力强度因子的解析解——Paris位移公式应用

运用解析方法求解多裂纹加筋壁板的应力强度因子,关键的问题是含裂纹板件(即加筋板的元件,筋条和板)位移场的计算。本文将求解含裂纹板件位移的 Paris公式引进普通的铆钉力法(解析法),从而形成了适用于求解多裂纹组合结构应力强度因子的推广的铆钉力法(解析方法)。文中多裂纹加筋板具体例子的计算表明,推广的铆钉力法计算简便,结果精度高,并且特别适用于组合结构结构参数影响分析和优化的研究。     

双向受载双向铆接加筋裂纹板的应力强度因子

铆钉力法（解析法）通常被用于求解单向受载单向铆接加筋裂纹板的应力强度因子计算［１－２］．本文将铆钉力法推广应用于双向受载双向铆接加筋的裂纹板．铆钉分刚性和柔性两种情况．针对实际结构参数范围，进行了系统的计算，得出了一系列工程实际有用的正则化应力强度因子曲线．通过一些典型载荷和结构情况的计算和分析，探讨了双向受载双向加历裂纹权应力强度因子计算中，考虑横向筋条，横向载荷和铆钉柔度影响的必要性．     

梯度非均匀有限板中裂纹动态响应的有限元分析

为了研究梯度非均匀有限板中裂纹动态响应问题,用波动有限元的方法研究了梯度非均匀板中裂纹在冲击载荷作用下的动态响应.通过对裂缝宽度与到裂端距离插值的方法求裂尖端处的动态应力强度因子(DSIFs),对指数衰减脉冲作用下弹性模量按单向线性变化的梯度非均匀有限裂纹板进行了数值计算.结果显示:无论板材料梯度参数及裂纹长度如何变化,裂尖处动态应力强度因子时程均呈起始快速上升转而缓慢下降;无论在什么时刻,裂尖处动态应力强度因子随裂纹的长度减小而减小,随板材料的功能梯度参数增大而减小.     

基于应力梯度的Ⅰ型中心裂纹应力强度因子修正方法分析

基于无限大板Ⅰ型中心裂纹尖端附近非均匀应力分布规律，提出一种考虑应力梯度影响的应力强度因子计算方法。首先，利用校正的Westergaard应力函数求解单向拉伸Ⅰ型裂纹尖端附近应力场，分析其对裂纹扩展的作用，采用应力与距离分离形式，更加凸显因距离r值的大小而引起应力发生变化的本质原因；其次，提出应力系数函数用以表征应力场的变化，考虑当相对应力系数梯度函数值变化1%时，应力梯度变化对裂纹的扩展无影响，并定义为特征距离r_eff,以此范围内平均应力去修正应力强度因子K;最后，以20Cr钢为研究对象验证本文方法的正确性和可行性，结果表明：本文计算方法得到的应力强度因子为经典断裂学方法的1.22倍，主要原因是考虑了应力梯度的影响，裂纹尖端附近实际承受的应力增大，应力强度因子增大。     

无限长条功能梯度材料的反平面裂纹问题

研究了无限长条正交各向异性功能梯度材料在平面剪切作用下的Yoffe裂纹的动力学问题，材料的两上方向的剪切模量假定为指数模型，通过采用积分变换-积分方程方法，求得了裂纹尖端的动态应力场和动态应力强度因子，并研究了裂纹运动速度、几何尺寸、梯度参数和不均匀系数对动态应力强度因子的影响，结果表明，裂纹尖端应力具有的奇异性，裂纹的运动速度越大，应力强度因子越大；材料的模量梯度越大，应力强度因子越低；不均匀系数越大，应力强度因子越小。     

复杂应力状态下TBM刀盘裂纹应力强度因子分析

为了预测全断面岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)刀盘的疲劳寿命,本文对其裂纹尖端的应力强度因子进行了研究。以某水利工程的刀盘为研究对象,采用基于子模型技术的有限元法分析复杂应力状态下刀盘裂纹的应力强度因子,并给出了不同裂纹参数对应力强度因子的影响规律,为刀盘裂纹扩展寿命的预测提供输入条件。分析表明,当裂纹位置角为45°或135°时,裂纹尖端的等效应力强度因子最大,对结构损伤最严重;形状比对K_Ⅰ值影响最显著,形状比越大,尖端K_Ⅰ值相差越大,在深度方向的扩展趋势也越强;K_Ⅰ、K_Ⅱ及K_Ⅲ值均随裂纹深度的增加而增大,裂纹尖端最深处以张开型扩展形式为主,而表面点则是3种开裂形式并存。     

开裂Peissner板的特征展开分析

用Ｗｉｌｌｉａｍｓ幂级数展开的方法，对开裂Ｒｅｉｓｓｎｅｒ板进行了特征展开，获得了Ｒｅｉｓｓｎｅｒ板裂纹尖端位移、应力展开式，然后利用分区广义变分原理对Ｒｅｉｓｓｎｅｒ有限板计算了裂端应力强度因子，结果令人满意。     

典型加筋板结构面内裂纹偏转与扩展行为分析

为研究筋条截面形式和多部位损伤对整体加筋板裂纹偏转行为和断裂特性的影响,采用断裂力学和有限元方法对其进行分析.首先建立整体加筋板疲劳裂纹扩展模型,通过与裂纹扩展速率试验进行比较验证模型可靠性;在此基础上讨论筋条截面形式对裂纹断裂参量和转折行为的影响;最后对多裂纹问题进行研究.结果表明:筋条截面形式对断裂参量的影响并不显著,裂纹偏转行为在远离筋条区域扩展时发生的可能性最大;多裂纹情况下裂纹并不会转折,而是笔直扩展进而连通成一条大裂纹,同时由于相邻裂尖的强烈干涉,造成应力强度因子剧增,加速裂纹扩展,进而严重缩短了扩展寿命,因此需采用有效的修补手段来提高结构的剩余强度和使用寿命.     

基于FE/EFG耦合算法的虚拟裂纹闭合法

在裂纹附近区域采用无网格伽辽金（EFG）节点,其余区域采用常规有限单元（FE）节点进行数值离散并求解,获得含裂纹构件的位移场。在裂纹尖端及其附近设置局部辅助有限单元区域,用于求解裂纹尖端处的2个特征参数：裂纹尖端节点力以及靠近裂纹尖端处裂纹面的位移。由这2个参数得到裂纹尖端处的应变能释放率,进而求得相应的应力强度因子,此方法为计算应力强度因子的EFG虚拟裂纹闭合法。数值算例表明,采用EFG虚拟裂纹闭合法能够有效计算裂纹尖端处的应力强度因子。     

局部加强裂纹板的断裂研究

采用复应力函数理论和离散化数值解法相结合的方法,求解了拉伸载荷下局部加强裂纹板的应力强度因子,对结构的止裂性能进行了分析.通过对加强复板与裂纹板之间的横向和纵向剪切应力的大小和分布进行分析计算,研究了加强复板对裂纹的止裂机理,沿复板方向分布的纵向剪切应力在结构止裂中起主要作用.     

型材筋条裂纹的应力强度因子的工程计算

计算含裂纹筋条的应力强度因子。通过一定假设及工程简化,考虑型材上其余部分的弯曲刚度对含裂纹板条的作用,形成了改进的准三维模型,并编制出相应的有限元分析程序。在假设基础上建立了裂尖下位于拐点处的有限元模型。通过角材筋条的实例计算,获得了裂纹延伸并经过拐点的应力强度因子的连续曲线。本提提出的方法适合于更复杂的型材筋条的分析。     

T型外部补强箱型节点加劲肋长度的确定

为研究T型加劲肋长度对箱型节点性能的影响规律并确定合理的加劲肋长度,对T型外部补强箱型柱—工字梁节点进行弹塑性分析.采用ANSYS有限元方法,分析了T型外部补强节点应力发展趋势,进行了加劲肋长度对箱形柱—工字梁节点性能影响的参数分析,根据节点的设计标准确定了T型外部补强节点合理的加劲肋长度.研究结果表明:采用T型加劲肋时,塑性铰外移到梁翼缘与加劲肋连接端部,节点初始刚度和极限承载力有很大的提高;节点的弯矩传递路径由梁翼缘中部逐渐向梁两侧的加劲肋传递,并通过加劲肋有一部分弯矩传递给柱,从而节点变形大大减小.增大加劲肋长度有利于梁端弯矩通过加劲肋向柱腹板传递,但加劲肋过长时,柱腹板承担过多的应力,梁柱翼缘连接处容易局部屈服,最终确定当加劲肋长度取腹板对角线与梁翼缘夹角在10°～15°时为合理的加劲肋长度.     

螺栓端板连接中柱翼缘和腹板加强方法

为加强梁柱端板螺栓连接部位的柱翼缘和柱腹板,采用有限元法对梁柱端板螺栓连接部位进行了细致分析,提出了柱翼缘贴板,贴板与柱翼缘焊接的方法,给出了贴板厚度的计算公式;且贴板可以很好的消除螺栓周围柱翼缘的弯曲冲切变形,达到与加厚节点区柱翼缘同样的效果.设计了柱腹板"Morris"加劲肋能够同斜向对角加劲肋一样,大幅度减小节点域剪切变形,且不影响螺栓的排列.柱翼缘加贴板可以取代加厚节点区柱翼缘,节点域柱腹板可采用"Morris"加劲肋加强.     

交叉加劲薄钢板剪力墙简化模型

薄钢板剪力墙依靠内填钢板屈曲后形成拉力带以抵抗水平荷载,是一种适用于高烈度地区的新型抗侧力结构.采用精细模型进行钢板剪力墙的计算和设计耗时长,为提高钢板墙结构设计的效率,基于拉力带简化模型,提出了交叉支撑-拉力带简化模型(CBSM)用于模拟交叉加劲钢板剪力墙的抗侧性能.推导了交叉加劲钢板墙的初始刚度和承载力计算公式,通过ABAQUS有限元软件建立精细模型和CBSM简化模型,与理论公式计算结果对比,验证简化模型的准确性.结果表明,在不同的跨度、内填板厚度和加劲肋刚度的情况下,精细模型、CBSM简化模型和理论公式3种方法预测的交叉加劲钢板剪力墙承载力有良好的一致性,说明CBSM简化模型能够较准确地预测交叉加劲钢板剪力墙的承载力,反映出加劲肋对钢板剪力墙结构抗侧能力的贡献.初始刚度理论计算公式与精细模型吻合得较好,CBSM简化模型预测刚度低于精细模型,是偏于安全的.     

Dimensional Analysis on the Perforation of Stiffened Plates by Projectiles

The phenomena attendant to the perforation of truncated oval shape projectile into multi-layered stiffened plates were investigated. Dimensional analysis was employed to give an empirical formula. Then a membership function was introduced to modify the e     

A numerical analysis of stress intensity factors for cracks emanating from an elliptical hole in a rectangular plate under biaxial loads

Due to the stress concentration effect around ahole, cracks are likely to initiate at the hole under theaction of fatigue loading. Consequently, a number ofpapers dealing with hole edge crack problems are avail-able. Bowie[1]gave solutions of a circular hole with asingle edge crack and a pair of symmetrical edge cracksin a plate under tension. Newman[2]provided a solu-tion by means of the boundary collocation method, andNisitani and Isida[3]by using the body force methodperformed analysis of …     

Effect of crack face contact on dynamic stress intensity factors for a hole-edge crack

In order to determine the dynamic stress intensity factors(DSIFs)for a single edge crack at the center hole of a finite plate under a compressive step loading parallel to the crack,the finite element method was employed to solve the cracked plate problem.The square-root stress singularity around the crack tip was simulated by quarter point singular elements collapsed by 8-node two-dimensional isoparametric elements.The DSIFs with and without considering crack face contact situations were evaluated by using the displacement correlation technique,and the influence of contact interaction between crack surfaces on DSIFs was investigated.The numerical results show that if the contact interaction between crack surfaces is ignored,the negative mode I DSIFs may be obtained and a physically impossible interpenetration or overlap of the crack surfaces will occur.Thus the crack face contact has a significant influence on the mode I DSIFs.     

方孔分支裂纹的一种边界元分析

方孔分支裂纹是一个很复杂裂纹问题.本文利用笔者最近提出的边界元方法来研究内部压力作用下方孔分支裂纹问题.数值算例与文献报道的结果进行比较,发现这种数值方法无论对无限大板还是对有限大板中复杂裂纹的应力强度因子计算都非常有效.另外本文报道的方孔分支裂纹的应力强度因子数值结果可以揭示裂纹体几何对应力强度因子的影响.