含多排孔结构的MSD疲劳试验与有限元分析

基于无预制裂纹3排平行孔平板的疲劳试验,对含相似应力水平的多细节结构产生多处损伤(Multiple Site Damage,MSD)的规律进行了研究。为了研究产生MSD结构中裂纹之间的干涉影响,利用Franc2D/L对主裂纹、等长双侧裂纹,等长单双裂纹、单孔等长双裂纹四种开裂模式的裂纹应力强度因子进行了计算分析。计算结果表明:裂纹扩展初期,裂纹主要受到自身开裂孔的干涉影响,四种模式下裂纹的无量纲应力强度因子比较相近;随着裂纹长度的增加,试验和有限元结果都表明了裂纹间的干涉影响显著加快了裂纹的扩展速度。     

干涉预应力释放对三维裂纹尖端应力强度因子的影响研究

以冷挤压孔三维裂纹为讨论对象,应用ANSYS大型工程有限元计算软件,在线弹性条件下,模拟由于干涉产生的预应力释放的真实过程,研究预应力释放对裂纹尖端应力强度因子的影响规律。文中将干涉预应力考虑为内部载荷,分别对不同裂纹长度下的含裂纹体进行挤压,在不同的挤压状态下直接求解应力强度因子,以此等效地模拟裂纹扩展过程中干涉预应力释放的应力强度因子求解。文中通过计算分析,给出了考虑干涉预应力释放的真实情况下裂纹尖端的应力强度因子随裂纹长度及模型厚度的改变趋势和规律,并与不考虑干涉预应力释放的情况下裂纹尖端的应力强度因子进行对比分析。     

含多个穿透裂纹的多孔紧固件传载结构裂尖应力强度因子研究

多孔多裂纹紧固件传载结构的安全问题是当今航空界中广泛关注的问题之一.文中通过采用销钉和平板间接触的有限元方法,建立含单裂纹单孔、含单裂纹的串联双孔、含双裂纹的串联双孔、含四裂纹的串联双孔、含双裂纹的并联双孔和含四裂纹的并联双孔紧固件传载结构等六种计算模型,对计算模型的裂纹尖端应力强度因子进行计算.通过大量计算,给出典型的串联多孔多裂纹连接结构和并联多孔多裂纹连接结构应力强度因子计算结果曲线,分析其相互影响规律和原因,计算结果和结论可以作为该类结构损伤容限设计的参考依据.     

共线多孔MSD的干涉影响及裂纹扩展模拟

对无钉载LY12CZ中心单裂纹铝板进行等幅疲劳加载,运用FRANC2D/L进行模拟,所得数值模拟结果与试验结果接近,具有一定可靠性。同时运用FRANC2D/L对多孔等长裂纹、多孔主裂纹、多孔不相邻裂纹、多孔相邻裂纹和单裂纹等五种开裂模式裂纹扩展的应力强度因子分布和裂纹扩展寿命进行分析和计算。结果表明裂纹的干涉作用随裂纹长度的增加越来越显著,并且中心裂纹相对于邻近裂纹扩展寿命偏小。     

共线多孔边对称裂纹板的应力强度因子计算

阐明了复变应力函数方法及其近似迭加法的基本原理,并将其应用于无限板共线多裂纹应力强度因子的求解上,结合局部修正因子法得到共线多孔边对称裂纹板的应力强度因子,并利用此种方法计算了无限板共线双孔、三孔和四孔对称裂纹情况的数值算例.将计算结果与有限元结果比较可知,该计算结果精确、可靠,而且计算过程相对简单,易操作.因此,该解析方法能很好的解决无限板上对称分布与非对称分布的共线多孔对称裂纹问题,值得在工程断裂问题中得到推广.     

基于最大张口位移计算多条共线裂纹应力强度因子的方法研究

提出一种多裂纹应力强度因子计算的新方法.该方法是利用裂纹的最大张口位移量来确定多裂纹尖端的应力强度因子.首先基于单条穿透裂纹的张口位移与应力强度因子的解析解,推导出二者之间的对应解析关系,然后通过考虑双条共线穿透裂纹的板宽效应、裂纹间距比和裂纹长度比的影响,拟合出各种修正系数的变化曲线,进而确定双裂纹情况下裂纹尖端应力强度因子与裂纹最大张口位移之间的函数关系,最后利用复合法的思想,确定多裂纹与双裂纹修正系数之间的对应关系,进一步确定多裂纹的应力强度因子的计算方法.     

起重机箱形梁贯穿裂纹尖端前沿形状简化研究

以36t集装箱门式起重机箱形梁为研究对象,针对结构的疲劳裂纹,利用有限元分析软件Abaqus建立了起重机箱形梁的整体有限元模型和裂纹子模型,采用相互作用积分法分别求解了下盖板和腹板上实际斜裂纹以及相应简化等长裂纹的应力强度因子K_I,研究了起重机箱形梁贯穿裂纹尖端前沿形状简化的合理性。通过对比分析计算结果,发现简化等长裂纹尖端的最大应力强度因子K_I,总是大于实际斜裂纹尖端的应力强度因子值,说明将实际斜裂纹简化成等长裂纹是有效可行的。为起重机箱形梁结构进行断裂分析提供了依据。     

热疲劳裂纹网的屏蔽规律及主裂纹应力强度因子的计算方法

热疲劳裂纹网中主裂纹的应力强度因子可反映构件的损伤程度,然而由于裂纹间的屏蔽效应,直接计算裂纹网中主裂纹的应力强度因子是困难的。根据热疲劳试验提出假设：① 主裂纹不会位于裂纹网的边缘;② 裂纹网中的裂纹互相平行,且垂直于约束方向。定义主裂纹的屏蔽剩余百分数s,裂纹的比间距n,裂纹长度比f。分别研究两条长度相等裂纹、两任意长度裂纹、三条裂纹和多条裂纹屏蔽效应的规律。发现s-f-n有确定的关系,这一关系由裂纹网的结构确定,而与边界条件、裂纹尺寸等因素无关。利用屏蔽效应的规律可由单条裂纹时的应力强度因子推算裂纹网中屏蔽效应发生时主裂纹的应力强度因子。算例表明此方法精确、简便、快捷。     

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.     

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.     

基于新裂纹扩展驱动力参量的焊接接头疲劳裂纹扩展的研究

传统上疲劳裂纹扩展速率以一个参量——应力强度因子幅(PARIS模型)或有效应力强度因子幅(ELBER模型)来表达。PARIS模型不能统计应力比效应和变幅加载历史。ELBER裂纹闭合模型虽被广泛应用,但确定其开闭口载荷的测量方法很多,且测量结果均存在主观性。最近研究表明,疲劳裂纹扩展不仅依赖于应力强度因子幅,还与最大应力强度因子有关。并且KUJAWSKI提出了两参量模型,该模型避开了有争议的裂纹闭合效应。基于一个载荷循环中柔度变化与裂纹尖端开闭口与弹塑性行为的关系,提出一个新的具有物理意义的两参量驱动力模型。针对Q345钢焊接接头各区域进行两种应力比R=0.1和0.5的疲劳裂纹扩展试验。使用该模型针对Q345钢焊接接头各区域的疲劳裂纹扩展数据进行验证。结果表明,提出的新模型在预测应力比对裂纹扩展速率的影响时比上述三个模型更有效。     

铬镍钼钢中疲劳裂纹扩张和闭合行为

本文采用中心裂纹试样,对含碳量分别为0.20%、0.40%和0.80%的三种高强度铬镍钼钢,在应力比从-1至0.5范围内,着重探讨了含碳量、热处理规范与材料强度水平对断面挤压和负应力比条件疲劳裂纹扩张与闭合行为的影响。研究表明：外加压应力使裂纹面产生强制挤压,导致塑性闭合效应降低。在相同的最大应力强度固子K max作用下,负应力比条件会促使裂纹加速扩张。当断裂机制以准解理和韧窝为主时,不同的含碳量、热处理规范和应力比条件下的裂纹扩张速率da/dn相对有效应力强度因子△K (eff)能够完全归一。在线性区,疲劳裂纹闭合行为不受K max的影响,其闭合效应是应力比和材料屈服强度的函数。     

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。     

循环载荷下热疲劳裂纹的应力强度因子

为揭示循环温度载荷对热疲劳裂纹应力强度因子的影响规律,考虑材料的多线性塑性随动强化性质,用有限元法计算多种循环载荷作用下裂尖点的应力-应变和热疲劳裂纹的应力强度因子。该应力强度因子值由裂尖附近压缩塑性应变的累积量决定。压缩塑性应变对温度载荷的作用次序敏感,因此应力强度因子也受到温度载荷的作用次序的影响。恒温度幅循环条件下,如果不考虑裂纹扩展,热疲劳裂纹的应力强度因子不随循环次数变化。变温度幅循环条件下,低温循环不会影响其后的高温循环应力强度因子;高温循环却影响其后的低温循环应力强度因子,并使得低温循环的应力强度因子与高温循环的应力强度因子相同,因此突发的高温载荷严重威胁高温构件的寿命。热疲劳裂纹扩展试验证明了有限元计算结果的正确性。     

椭圆孔边任意长度双裂纹复合型应力强度因子复变函数解

为了求解椭圆孔边二维裂纹尖端的应力强度因子,提出一种基于Muskhelishvili复变函数理论和有限截项原则的应力强度因子求解方法。首先将超越函数形式的保角映射函数展开为有限项级数,然后利用复变函数理论推导出应力函数,从而求解椭圆孔边任意长度双裂纹的复合型应力强度因子。与其他解法相比,本文方法的计算结果有效,且适用性更广、计算效率更高。算例表明,椭圆孔边裂纹的无量纲应力强度因子受椭圆孔半轴比、裂纹长度和应力夹角的综合影响。     

非共线复合型裂纹扩展特性分析

以带多点损伤的空孔板为研究对象,利用数值分析法分析裂纹起裂位置和裂纹倾斜角对应力强度因子的影响,对比了共线多裂纹与非共线复合型裂纹起始扩展速率和扩展寿命的差异。结果表明:非共线复合型裂纹起始扩展速率偏大,裂纹扩展寿命缩短约2.5%。在非共线复合型裂纹模型中,随着裂纹倾斜角增加,等效应力强度因子先增大后减小,且在15°时,整体裂纹扩展速率达最大值。相邻孔间裂纹的相对位置和相对方位影响裂纹的扩展路径,进而影响裂纹扩展寿命。     

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...     

两种求解应力强度因子权函数方法的对比分析

对WXR权函数法和通用权函数法的特点进行了分析,并通过计算两种典型一维I型裂纹结构(有限宽板中心穿透裂纹、双边穿透裂纹)承受均布、梯度分布载荷下的应力强度因子,对两种权函数法的精度进行了对比评估。得到以下主要结论:对于二维线裂纹体WXR权函数法精度相对较高,但应用于三维面裂纹体时相对复杂亦不能表现三维效应,通用权函数法能够直接方便地适用于二、三维裂纹问题。两种权函数法对参考应力分布下的应力强度因子计算精度与对复杂非均匀应力分布下的计算精度基本一致,要保证其在复杂应力分布下具有较高的计算精度,必须提高参考应力强度因子解本身的精度。     

锪窝孔边角裂纹应力强度因子参数敏感性分析

针对工程中常见的锪窝铆接结构,借助大型软件ANSYS对其孔边角裂纹进行有限元分析。通过改变结构几何厚度和锪窝孔的高度,研究含铆钉填充时锪窝孔边角裂纹应力强度因子的参数敏感性。通过对比分析,发现锪窝孔边角裂纹前沿应力强度因子与锪窝高度正相关,与结构厚度负相关;当锪窝高度与结构厚度之比为定值且大于0.5时,按比例同时改变锪窝高度与结构几何厚度,裂纹前沿应力强度因子可近似认为相同。     

纳米尺度孔边裂纹裂尖Ⅲ型应力强度因子研究

研究了纳米尺度圆孔孔边裂纹在远场反平面剪切载荷作用下的断裂性能。基于Gurtin-Murdoch表面弹性理论和保角映射技术,利用复变弹性理论获得了该类非均匀材料应力场的解析解,给出了裂尖Ⅲ型应力强度因子的闭合解。基于所得解答,研究了孔边的应力场分布规律,讨论了裂尖应力强度因子的尺寸依赖效应以及圆孔相对尺寸对应力强度因子的影响。研究结果表明：孔边应力场呈现非单调分布,表面效应对孔边不同位置应力的影响程度不同;当圆孔裂纹的尺寸在纳米量级时,裂尖应力强度因子具有显著的尺寸依赖效应;圆孔相对裂纹尺寸对裂尖应力强度因子的影响规律受表面性能的制约,同时表面性能对应力强度因子的影响也取决于圆孔的相对尺寸。