T应力对复合型断裂韧度的影响

作为结构疲劳裂纹重要的断裂参数之一,应力强度因子可反映裂纹尖端应力场的强度。但实验发现,在求解断裂角时,裂纹尖端应力场中的T应力项对数值计算结果影响较大。文中采用Ansys 15.0中的相互作用积分法来求解应力强度因子和T应力,分析含裂纹结构的几何尺寸、载荷大小、初始裂纹长度和裂纹角对SIF和T应力的影响,对比考虑T应力后的最大周向应力准则MTS和传统的MTS,分析了T应力对裂纹扩展方向的影响。     

基于ANSYS的焊接箱形梁裂纹断裂分析

以断裂力学理论为基础,推导了焊接箱形梁裂纹尖端应力强度因子计算公式,以ANSYS作为计算工具,模拟焊接箱形梁裂纹扩展,并采用奇异单元计算在不同长度初始裂纹下起重机焊接箱形梁应力强度因子范围。     

基于扩展有限元的齿轮微点蚀模拟分析

以额定工况下功率分流型2.5 MW风电齿轮箱一级太阳轮为研究对象,采用弹流润滑理论计算轮齿的接触压力分布,利用断裂力学的相关知识分析了齿轮初始裂纹扩展成微点蚀的机理;在ABAQUS软件中建立了一级太阳轮的点蚀模型,在考虑弹流润滑的情况下运用扩展有限元法模拟了在初始裂纹为20μm下一级太阳轮微点蚀的形成过程;根据模拟数据,计算得到了裂纹尖端的应力强度因子,运用Paris公式建立了裂纹扩展长度和应力循环次数间的关系,并分析了不同初始裂纹长度下,裂纹的扩展特性。     

基于有限元法的单边裂纹孔板应力强度因子

为了研究板长、圆孔半径对拉伸载荷作用下的有限宽度平板裂纹尖端应力强度因子的影响,运用ABAQUS有限元仿真软件进行数值模拟,给出了有限宽度带孔单边裂纹平板裂纹尖端应力强度因子求解方法。结果表明,板长、板内圆孔半径和裂纹长度对有限宽度裂纹平板的裂纹应力强度因子有着很大的影响。     

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。     

厚壁筒双轴向表面裂纹尖端应力强度因子影响因素的研究

在现有文献对平面结构任意分布多裂纹间相互作用影响因素及厚壁筒轴向表面单裂纹尖端应力强度因子分析的基础上,提出了包含裂纹尖端应力强度因子影响因素的厚壁筒双轴向表面裂纹尖端应力强度因子公式.根据有限元方法,利用ANSYS软件对不同厚壁筒壁厚比、不同裂纹深度比及不同裂纹夹角情况下双轴向表面裂纹尖端应力强度因子进行了计算,分析...     

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% 。     

管道穿透斜裂纹应力强度因子计算

裂纹是引起管道开裂失效的主要原因,裂纹尖端应力强度因子是表征裂纹应力场强度的主要物理量,也是对管道进行安全评估时的主要依据之一,但管道不同于平板,有曲率影响,因此基于平板推导出来的裂纹尖端应力强度因子公式必须进行修正。为了准确计算管道上斜裂纹应力强度因子,建立了不同管道直径、不同裂纹倾角以及不同裂纹长度下的管道穿透斜裂纹有限元模型,并计算了裂纹尖端应力强度因子,在无限大板中心斜裂纹应力强度因子计算公式基础上,修正得到了管道穿透斜裂纹应力强度因子计算公式,这对于含裂纹管道安全评定有重要参考价值。     

含裂纹传动轴有限元建模及计算

传动轴在工作运行过程中,常在阶梯处出现裂纹导致轴的破坏。为了研究裂纹扩展导致轴的断裂问题,用有限元方法对传动轴阶梯处椭圆裂纹应力强度因子进行了数值计算;在裂纹前沿设置了一系列三维奇异单元来模拟裂纹尖端奇异性,并在阶梯处模拟了过渡圆角单元;通过建立含三维裂纹的子模型和与之相匹配的装配模型,组合成了阶梯处带椭圆裂纹的传动轴断裂力学有限元分析模型;在弯扭组合载荷情况下,分析了不同长度和不同深度裂纹应力强度因子峰值的变化规律。     

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。     

埋头紧固件椭圆形表面裂纹应力强度因子的三维有限元分析

采用裂端为 2 0节点奇异单元的三维有限元模型 ,对工程中常见的 90°、10 0°、12 0°埋头紧固件埋头部分与直杆部分相交处的表面裂纹 ,以及直圆杆表面裂纹的应力强度因子进行了计算分析。给出了圆直杆以及 90°、10 0°、12 0°埋头紧固件椭圆形表面裂纹的应力强度因子拟合公式。研究结果表明 ,本文的应力强度因子计算方法和计算结果是有效的。本文的工作可为埋头紧固件的损伤容限分析提供应力强度因子。     

Analysis of a cracked lug loaded by an interference fit pin

In the present study, a lug joint fitted with an interference fit (oversized) pin is considered with radial through cracks situated at diametrically opposite points perpendicular to the loading direction. A finite element contact stress algorithm is developed with linear elastic assumptions to deal with varying partial contact/separation at the pin-plate interface using a marching solution. Stress Intensity Factor (SIF) at the crack tips is evaluated using the Modified Crack Closure Integral (MCCI) method. The effect of change in crack length and edge distance on the load-contact relation, SIFs and stress distributions are studied. A rigorous plane stress elasticity solution of the pin-plate interface at the crack mouth confirmed the existence of the stress concentration leading to a local peak in the radial stress at the crack mouth and provided a method of estimating it quantitatively.     

固体发动机药柱表面裂纹分析

为确保含表面裂纹的固体发动机能正常点火发射，基于线粘弹性三维有限元。确定发动机药柱点火发射时的危险部位，在危险部位设置不同深度的裂纹，于裂纹尖端构建奇异三维裂纹元。模拟裂纹扩展，分别计算随着裂纹扩展所对应裂纹深度的各类应力强度因子，由此判断裂纹的稳定性。通过对某翼锥柱组合型并含前后伞盘的固体发动机药柱在点火发射时的数值分析，评估了药柱表面裂纹的稳定性。     

奇异裂纹单元在固体导弹发动机药柱裂纹分析中的应用

为评估含裂纹的固体导弹发动机能否正常点火发射，利用奇异裂纹单元进行固体发动机药柱的裂纹分析。在发动机点火增压与轴向过载作用下，于发动机药柱危险截面的翼锥根部构建二维奇异裂纹单元，模拟裂纹扩展。随着裂纹的扩展，分别计算对应裂纹深度的应力强度因子，由此判断裂纹的稳定性。     

全断面隧道掘进机刀盘裂纹尖端应力强度因子收敛性分析

针对全断面隧道掘进机刀盘裂纹损伤及寿命预测等工程问题,提出了基于子模型技术的应力强度因子求解方法,并用含裂纹的矩形钢板对该方法进行了验证,分析了裂纹网格参数对刀盘裂纹尖端应力强度因子的收敛性影响。结果表明,钢板的应力强度因子数值和理论计算结果最大相对误差为3.6%。同时得到了保证刀盘应力强度因子求解精度和效率的裂纹单元网格参数,为结构的裂纹扩展寿命预测提供了参考。     

Three-Dimensional Simulation of Rolling Contact Fatigue Crack Growth in UIC60 Rails

In this article, a UIC60 rail with accurate geometry is studied by employing the finite element method. For this purpose, a three-dimensional elastic-plastic finite element model is conducted using model. In addition, the stress distribution of wheel-rail operation is acquired, and its effects on fatigue life are specified by damage mechanic methods. In the finite element model, the displacements and stress intensity factors (SIFs) are computed on the crack near the leading edge to calculate crack propagation trajectories and crack growth rate. The modified Paris model is used to estimate fatigue crack growth rates.     

基于有限元的呼吸裂纹转子动力学特性

采用有限单元法建立了含裂纹Jeffcott转子的有限元模型,利用应变能释放率方法得到了裂纹单元的刚度矩阵,采用应力强度因子为零法模拟了裂纹的呼吸效应.计算分析了在一个稳态旋转周期内裂纹开闭的规律,以及直斜裂纹转子振动响应的特点.计算结果表明,斜裂纹开始张开以及闭合的时间迟后于直裂纹,斜裂纹处于全闭与全开状态所经历的时间比直裂纹长.直斜裂纹转轴的1X和2X倍频响应随着裂纹深度的增加而增加,但3X倍频分量变化不大.     

疲劳裂纹闭合的数值模拟方法

用弹塑性有限元法模拟含中心裂纹试件在等幅循环拉伸应力作用下的疲劳裂纹扩展过程,对塑性变形导致的裂纹闭合效应进行了分析。试件材料为2024-T351铝合金板,平面应力状态,线性随动强化假设。分析中考虑裂纹面的弹塑性接触和几何非线性变形,通过逐步释放裂尖节点来模拟裂纹扩展。考察了裂尖局部网格单元尺度、裂纹长度和平均应力对裂纹张开/闭合应力水平的影响。裂纹闭合效应会随疲劳裂纹长度增加而逐渐增强,呈先爬升再缓慢下降的趋势,应力比的增大会导致裂纹张开/闭合应力水平提高。此外,网格细度也对张开/闭合应力的大小有一定影响。     

Crack tip shielding and anti-shielding effects of parallel cracks for a superconductor slab under an electromagnetic force

In this letter, the shielding or anti-shielding effect is firstly applied to obtain the behavior of two parallel cracks in a two-dimensional type-II superconducting under electromagnetic force. Fracture analysis is performed by the finite element method and the magnetic behavior of superconductor is described by the critical state Bean model. The stress intensity factors at the crack tips can be obtained and discussed for decreasing field after zero-field cooling. The shielding or anti-shielding effect at the crack tips depend on the distance between two parallel cracks and the crack length. The results indicate that the shielding effects of the two parallel cracks increase when the distance between the two parallel cracks decreases. It can be also obtained that the superconductors with shorter cracks has more remarkable shielding effect than those with longer cracks.