三维斜置表面裂纹应力强度因子边界元计算及分析

建立半椭圆表面裂纹模型,并借助边界元分析软件FRANC3D计算不同裂纹面网格划分下裂纹前沿不同位置处的应力强度因子,将计算结果与理论解进行比较,分析裂纹面网格划分对计算结果精度的影响,得出最优网格划分;在此基础上计算两种斜置半椭圆表面裂纹前沿不同位置处的应力强度因子,分析斜置角度和椭圆角对裂纹前沿应力强度因子的影响,对工程实际具有参考意义。     

加强筋对三维裂纹应力强度因子的影响

对含有表面裂纹的构件,采用加强筋进行局部加强可以阻止或延缓裂纹的扩展。应力强度因子是表征裂纹尖端应力应变场的重要参量,因此研究加强筋对表面裂纹应力强度因子的影响对于加强筋的设计具有十分重要的意义。运用断裂力学的理论,采用有限元分析方法,建立带加强筋的平板表面裂纹三维模型。在裂纹长度不同的情况下,以加强筋的位置、长度、宽度和厚度为参数,分析了不同参数对裂纹应力强度因子的影响。结果表明,应力强度因子与加强筋的位置、宽度及厚度有关,长度对其影响可以忽略。     

用杂交有限元法计算三维裂纹的应力强度因子

根据放松了连续性要求的修正势能原理及裂纹尖端的应力、位移场,推导了杂交单元的单元刚度矩阵。用杂交元法计算了纯扭转载荷下带有环形裂纹的圆柱体的应力强度因子。计算结果表明,这种计算方法具有较高的精确度。用杂交元法计算了裂面上作用有弯、切,扭载荷试件的应力强度因子,这类试件可用于进行三维断裂准则的实验研究。     

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。     

热交换管内壁子午面半椭圆裂纹应力强度因子数值计算

针对热交换管内壁存在的应力腐蚀开裂的强度问题,对内壁子午面半椭圆裂纹应力强度因子K_I求解模型进行了研究。使用了机加工的方法制作裂纹模型,并利用了光弹法测定K_I,进行了数值求解模型可靠性验证;对热交换管内壁子午面半椭圆裂纹在复杂载荷、不同裂纹深度a(1 mm、1.25 mm、1.5 mm及1.75 mm)和不同裂纹形状比a/b(0.1、0.2、0.3…0.8及0.9)下的K_I分布与扩展规律进行了归纳,提出了一些热交换管的疲劳寿命设计、可靠性分析或工况监测建议。研究结果表明:内壁所受压力P_i决定了K_I分布值大小,内外壁温度差ΔT对K_I分布影响也相对较大;将数值解和实验解、文献解进行了对比,其结果相互吻合较好。     

受剪切应力作用的表面裂纹应力强度因子研究

应用改进的三维虚拟裂纹闭合方法研究了受远端剪切应力作用的有限大体半椭圆表面裂纹复合型应力强度因子分布,并讨论了整个裂纹前缘复合型应力强度因子分布随裂纹形状变化和结构参数变化的规律。研究发现在自由表面附近,Ⅲ型应力强度因子分布受角点应力奇异性影响较大,在自由表面附近出现转折,但转折现象与裂纹形状参数有关,当裂纹形状比a/c≤0.6时,应力强度因子分布曲线光滑,表现为经典的角点奇异性。     

应力场强计算裂纹应力强度因子的方法研究

探讨通过应力场强得到应力强度因子的方法,并以典型的四类平面裂纹状态为例,着重探讨各类平面裂纹如何应用该方法计算应力强度因子.结果显示,所提方法能快速地求解各类裂纹布置的应力强度因子,可为断裂力学中裂纹扩展、断裂判断问题以及疲劳多裂纹问题的研究提供良好的支持.     

螺纹联接外螺纹牙底表面裂纹应力强度因子的实验研究

用Ｊａｍｅｓ－Ａｎｄｅｒｓｏｎ方法［１］，对螺纹联接外螺纹牙底表面裂纹在拉伸作用下的应力强度因子进行了实验研究。在大量疲劳裂纹扩展实验取得的ＳＩＦ正则系数值的基础上，用逐步回归分析得到了这种情况下表面裂纹最深点和表面点的应力强度因子近似式。并将所得结果与拉伸圆杆［２，３，４］和带螺纹拉伸圆杆表面裂纹应力强度因于进行了比较分析，结果表明，三者之间的规律性很好     

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。     

轴承表面裂纹应力强度因子有限元分析

在ANSYS中建立152726QT铁路用滚动轴承的模型,在受力最大处建立裂纹,手动生成裂纹尖端处的奇异单元,建立接触对并且编写受力函数,设置路径在不同载荷作用下分别对不同长度的裂纹在不同深度的应力强度因子进行有限元计算,分析裂纹长度及载荷对应力强度因子的影响。     

应用改进的虚拟裂纹闭合方法求解三维裂纹应力强度因子

基于有限元计算结果计算结构的能量释放率,利用能量释放率来计算结构的应力强度因子。本文对现有的虚拟裂纹闭合方法作了改进,即应用本文改进的虚拟裂纹闭合方法求解三维裂纹体应力强度因子时,裂纹前缘的裂纹面可以是任意形状,且裂纹前缘的有限元单元宽度可以不等。文中以三维表面裂纹为例,应用改进的虚拟裂纹闭合方法计算了该结构的应力强度因子,同时讨论了裂纹前缘有限单元宽度对应力强度因子的影响。     

应力集中部位裂纹自由表面处应力强度因子的计算与分析

针对采用最小二乘法拟合的三次多项式计算应力集中部位裂纹自由表面处应力强度因子,结果往往存在较大偏差的问题,基于椭圆形表面裂纹的通用权函数,提出了将应力分布数据进行离散化分段插值的思路,并具体给出了基于常数插值、线性插值、二次插值的计算公式。结合工程实例,将分段插值与常规最小二乘法的计算结果进行对比与分析,发现两者的计算结果有较大偏差;采用线性插值方法能够较好地表征应力分布,计算出的应力强度因子值也能较快趋于收敛,更适合于工程计算。此外,将有限元法与线性插值、最小二乘法的计算结果进行对比,结果表明运用最小二乘法拟合计算出的结果偏冒进,而运用分段线性插值法的结果则偏安全,从而验证了基于线性插值法计算的可靠性。     

基于有限元分析的表面裂纹应力强度因子的拟合估算

介绍了仅用非奇异单元建立表面裂纹三维有限元分析模型，直接根据裂纹前缘附近法向若干结点应力，用最小二乘法拟合估算I型应力强度因子的方法。这里的方法便于利用商品有限元软件的前处理工具对表面裂纹构件模型自动划分单元网格，并简化了应力强度因子的估算过程，有利于表面裂纹分析在工程中的推广应用。算例表明，该法可获得较好的精度。     

应力强度因子的有限元计算

分别介绍和讨论了应力强度因子的有限元计算方法和如何进行裂纹体的有限元建模，应用ANSYS有限元分析软件计算了紧凑拉伸试样的应力强度因子，验证了方法的有效性。     

带内表面裂纹的组合厚壁筒装配应力强度因子研究

由于过盈配合组合厚壁筒内会产生装配应力。文中用权函数方法导出组合厚壁筒带半椭圆形表面裂纹的内壁在装配应力下的应力强度因子公式。这些公式可用于计算组合厚壁筒在不同裂纹深度、形状和不同材料、过盈量、尺寸情况下的应力强度因子。研究装配应力强度因子随表面裂纹深度和形状的变化规律。     

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.     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的应力强度因子有限元计算分析

ABAQUS软件对中心穿透斜裂纹板及边斜裂纹板进行了有限元模拟.计算复合型裂纹的应力强度因子KⅠ和KⅡ,并将计算结果与现有理论结果进行了比较;分析了裂纹尺寸和裂纹角对应力强度因子的影响.结果表明:裂纹角从0°增大到90°,裂纹类型由复合型向纯Ⅰ型转变;用ABAQUS软件计算复合型裂纹的应力强度因子相对误差保持在5%之内,计算精度完全满足工程要求.