用能量法计算应力强度因子和扩展角：自行开发的断裂力学微机软件

为解决工程中使用断裂力学理论求解带纹零件的剩余寿命，使用有限元素法求解应力强度因子和裂纹扩展角受到了应有的重视。本文利用裂纹从ａ扩展到ａ＋Δａ长度时，由于系统势能变化ΔＵ，从而求得应变能释放率Ｇ和应力强度因子Ｋ，计算表明，该方法计算精度高、方法简便。同时通过寻找能量释放Ｇ的最大值求解裂纹扩展角。由于计算程序的通用性，软件可广泛应用于带裂纹的工程构件，成为分析构件安全性的实用工具。     

工程结构多裂纹应力强度因子分析

工程中的构件和零部件如果存在裂纹和缺陷，会给该工程带来灾难性的后果。在工程设计和评定阶段，需要尽可能准确地评估构件中裂纹的应力强度因子，因为这一参数是预测含裂纹构件断裂的主要依据。以工程结构中常见的含孔平板为研究对象，利用ANSYS有限元分析软件计算孔边的裂纹尖端应力强度因子，分析得出对工程应用有重要参考价值的结论。     

考虑釉面膨胀系数的陶瓷表面微裂纹扩展模拟

考虑到釉面膨胀系数对陶瓷表面微裂纹的影响,研究设计了一种陶瓷表面微裂纹扩展模拟方法.将釉面视为陶瓷基体材料中包裹的球状颗粒,基于球状颗粒半径趋于无穷大的情形,计算陶瓷材料与界面垂直的表面微裂纹的应力强度因子,然后分析热膨胀系数差对应力强度因子的影响并构建数字模型,建立符合Weibull分布的陶瓷表征单元体.从热传导和热膨胀系数等角度出发,模拟陶瓷表面微裂纹扩展情况.实验结果表明:裂纹扩展长度与膨胀系数成正比,当膨胀系数为10时,陶瓷试件表面微裂纹扩展迅速;陶瓷试件的水平方向应力随着膨胀系数的增加而增加;陶瓷表面微裂纹的长度与宽度与应力强度因子数值成正比.     

滚动接触疲劳载荷对铁轨表面接触疲劳裂纹应力强度因子的影响

为研究轮轨滚动接触疲劳（Rolling Contact Fatigue,RCF）载荷对铁轨表面裂纹应力强度因子的影响,以UIC60铁轨轮廓尺寸为依据建立轮轨接触的三维有限元模型,通过改变RCF载荷大小、轮轨表面摩擦因数和接触中心位置等轮轨接触的输入参数,计算铁轨表面接触裂纹尖端的应力强度因子,分析RCF载荷对铁轨表面接触疲劳裂纹的影响. 结果表明RCF载荷作为控制铁轨表面接触裂纹的重要因素,其变化直接导致裂纹尖端应力强度因子的变化,从而改变裂纹的扩展状况;为减缓铁轨表面裂纹的扩展,可以针对载荷采取均匀分布载重量、使用润滑剂降低轮轨摩擦因数等相应措施.     

计算机在Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展曲线绘制中的应用

利用当前通用的计算机编程技术,以高级编程语言VB为制作工具,以Origin7.0为作图工具,绘制了铸造Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展曲线.采用该编程技术,实现了参数的随机输入和曲线的动态形成,真实地制作了不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率(da/dn)与裂纹尖端应力强度因子(△K)的关系曲线.同时该方法极大地提高了数据处理的效率及准确性.     

求解应力强度因子的样条虚边界元交替法

为求解平面裂纹问题的应力强度因子,提出基于Muskhelishvili基本解和样条虚边界元法的样条虚边界元交替法.该方法将平面内带裂纹有限域问题分解成带裂纹无限域问题与不带裂纹有限域问题的叠加.带裂纹无限域问题利用Muskhelishvili基本解法直接得出,不带裂纹有限域问题采用样条虚边界元法求解.利用该方法对复合型中心裂纹方板和I型偏心裂纹矩形板进行分析.数值结果表明该方法精度高且适用性强.     

用计算机编程计算材料的应力及绘制应力图

用计算机编程计算材料的应力及绘制应力图李捷（广西农业大学计算中心南宁５３０００４）在工程实践中，对于所设计的每个构件，都要进行大量的理论计算．在复杂载荷下．各个构件因此而产生不同形式的变形．如何确保它的强度在工程所允许的范围之内，这就需要利用材料力学...     

半椭圆表面裂纹前缘应力强度因子的计算

在断裂力学中,如何求取应力强度因子一直是一个重要的课题.该文通过MSC.Marc提供的断裂力学模块,采用三维J积分法计算含有半椭圆表面裂纹前缘应力强度因子.首先通过MSC.Marc.Mentat建立特定裂纹体有限元模型,假设裂纹前缘处在平面应变状态下.由MSC.Marc计算出裂纹前沿的J积分,再由J积分计算出裂纹前缘的应力强度因子值.最后将计算结果与经验公式得到的结果进行了比较.仿真结果表明,通过MSC.Marc采用三维J积分法计算的应力强度因子具有较高的准确性和可靠性.     

滚动接触疲劳载荷对铁轨表面接触疲劳裂纹应力强度系数的影响

为研究轮轨滚动接触疲劳(Rolling Contact Fatigue,RCF)载荷对铁轨表面裂纹应力强度系数的影响,以UIC60铁轨轮廓尺寸为依据建立轮轨接触的三维有限元模型,通过改变RCF载荷大小、轮轨表面摩擦因数和接触中心位置等轮轨接触的输入参数,计算铁轨表面接触裂纹尖端的应力强度系数,分析RCF载荷对铁轨表面接触疲劳裂纹的影响.结果表明RCF载荷作为控制铁轨表面接触裂纹的重要因素,其变化直接导致裂纹尖端应力强度系数的变化,从而改变裂纹的扩展状况.为减缓铁轨表面裂纹的扩展,可以针对载荷采取均匀分布载重量、使用润滑剂降低轮轨摩擦因数等相应措施.     

孔边角疲劳裂纹的扩展仿真及分析

给出了一种利用有限元技术模拟周期性张力载荷作用下孔边角裂纹扩展过程的方法。首先利用一系列点定义裂纹前沿,据此形成包含奇异单元的二维有限元网格,再扩展为三维网格．然后利用有限元法进行应力应变分析,最后使用Paris定律计算局部扩展增量．以此来更新裂纹的形状和尺寸。该方法还能够自动地重复执行扩展仿真。文中还对三个不同半径的四分之一椭圆形边角裂纹扩展过程进行了仿真和分析比较,以此来取得裂纹在扩展过程中的形状变化特征和不同方向上扩展的特征。     

圆柱形部件表面疲劳裂纹扩展仿真及分析

给出了一种利用有限元技术模拟周期性张力载荷作用下圆柱形部件内裂纹扩展过程的方法。首先利用一系列点定义裂纹前沿，据此形成包含奇异单元的二维有限元网格，再扩展为三维网格，然后利用有限元法进行应力应变分析，最后使用Paris定律计算局部扩展增量，以此来更新裂纹的形状和尺寸。该方法还能够自动地重复执行扩展仿真。文中还对具有不同半径比的椭圆形和具有不规则形状的初始裂纹的扩展过程进行了仿真和分析比较，以此来取得裂纹在扩展过程中的形状变化特征。     

ALOF——新一代三维疲劳裂纹扩展分析软件

针对当前亟需开发能分析和评估含缺陷工程结构及装备的专业商业软件的现况,基于成熟的扩展有限元法(eXtended Finite Element Method,XFEM)和自主研发的虚节点法(Virtual Node Method,VNM),推出具有完全自主知识产权的三维疲劳裂纹扩展分析软件ALOF(Analyses Laboratory of Fracture).介绍ALOF求解断裂问题的流程及其特点:可以方便地导入完整的CAD模型及多种形式的裂纹模型,可以自动生成疏密合理的二维和三维裂纹扩展分析网格;具有丰富的失效准则库;能自动分层加密裂尖区域网格;能全自动地进行裂纹扩展计算等.与同类软件相比,ALOF更简单、更精准、更高效和更专业.利用ALOF进行的3个实际工程案例表明,ALOF能准确、高效评估任意复杂缺陷体的剩余强度和疲劳寿命.     

计算机在Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展曲线绘制中的应用

利用当前通用的计算机编程技术,以高级编程语言VB为制作工具,以Origin7.0为作图工具,绘制了铸造Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展曲线。采用该编程技术,实现了参数的随机输入和曲线的动态形成,真实地制作了不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率（da/dn）与裂纹尖端应力强度因子（ΔK）的关系曲线。同时该方法极大地提高了数据处理的效率及准确性。     

基于二次插值重构有限元法的动态裂纹扩展模拟

基于二次插值重构有限元法（Twice interpolation Finite Element Method, TFEM）分析动态断裂力学问题并进行数值实验,考察TFEM在裂纹动态扩展模拟中的准确性和可靠性.由于TFEM保证节点处梯度场的连续性,因此裂尖附近的应力场可以得到较好的逼近.把该算法成功移植到自主开发的三维裂纹扩展仿真软件（ZonCrack）中.利用ZonCrack进行的裂纹扩展,分析结果表明：TFEM得到裂尖应力强度因子（Stress Intensity Factor, SIF)与解析解基本一致;裂纹扩展的模拟结果与实验值吻合良好.     

基于概率断裂力学的管道疲劳寿命分析

采用奇异单元模拟裂纹尖端应力场的奇异性,计算裂纹尖端的应力强度因子和张开应力.以概率论为基础,结合确定性疲劳断裂力学估算方法,考虑参数的不确定性和随机性,应用蒙特卡洛模拟法分析管道的疲劳寿命.结果表明：通过J积分计算得到的裂纹尖端张开应力与计算得到的管道工作应力基本相等.采用蒙特卡洛模拟法进行的一定可靠度和置信度下的疲劳寿命预测能反映评定参数的不确定性,较传统的断裂力学计算结果更安全.     

复合材料整体成型过程分层缺陷动态扩展研究

分层是复合材料层合板最主要的缺陷/损伤形式,当前研究多集中于复合材料使用过程中的分层损伤,对制造过程中的分层缺陷研究较少.复合材料层合板的分层缺陷在整体成型过程中因不均匀温度场、非对称结构等原因易发生扩展,采用预埋隔离纸模拟分层缺陷,研究分层缺陷在整体成型过程中的扩展行为,对分层扩展的驱动力进行了计算分析,并通过分析热循环对T300/QY8911复合材料层合板界面性能的影响以及计算裂纹尖端能量释放率,从实验研究和有限元计算两方面证明了分层扩展是一个动态过程.研究结果表明,热残余应力是T300/QY8911复合材料层合板整体成型过程中发生分层缺陷扩展的主要驱动力;增加热循环次数和提高热循环温度会显著降低T300/QY8911复合材料层合板的层间剪切强度,当能量释放率降低到低于层间断裂韧性值时,分层动态扩展过程则停止.     

关于采用流水线方式进行一簇递推关系式的并行计算

１．引言在科学与工程计算中经常需要进行大量的递推形式的计算．例如,采用隐式或半隐式格式计算偏微分方程的数值解时问题通常转化为线性方程组的求解．在实际工程计算中目前依然大量采用Ｇａｕｓｓ－Ｓｅｉｄｅｌ或ＳＯＲ类型的选代法．又如,采用ＡＤＩ［１］方法对偏微分方程进行离散,则往往归结为一组带状线性方程组的求解．一般认为在分布式并行系统上,这种速推类型的计算较难实现且并行效率不理想．近年来为了解决这一问题,人们对算法从各种角度进行改造以避免递推形式的计算,如将Ｇａｕｓｓ－Ｓｅｉｄｅｌ类型迭代改为Ｊａｃｏ…     

基于内聚力模型的纤维复合材料细观损伤模拟

基于代表性体积单元和内聚力模型，使用内聚力单元和扩展有限元方法分别模拟界面损伤和基体损伤，通过ABAQUS二次开发建立了纤维增强复合材料细观力学模型。以受横向拉伸的碳纤维/树脂代表性体积单元为研究对象，分析对比了不同强度下仅考虑界面损伤时复合材料的力学特性和同时考虑界面、基体损伤时的力学特性。结果表明纤维对基体的增强效果随界面强度提高；扩展有限元方法能在不依赖网格数量的条件下准确描述基体中多条裂纹的萌生及扩展过程，并且捕捉到基体裂纹引起的界面损伤；仅考虑界面损伤时的代表性体积单元平均应力-位移曲线后期呈上升趋势，而同时考虑界面和基体损伤的平均应力-位移曲线后期呈下降趋势。     

基于Abaqus柔度标定法的Q235材料断裂韧性仿真

为简便、准确地获得Q235材料的应力强度因子值和J积分值,用Abaqus对Q235材料进行有限元仿真,得到三点弯曲试样及其裂纹尖端区域的应力分布情况;针对裂纹尖端的奇异性,引入折叠单元进行裂纹尖端单元的奇异性建模.不同尺寸试件应力强度因子仿真值与试验值基本一致,表明该方法可以准确预测材料断裂参数.     

径向冲击中心直裂纹巴西圆盘的复合型动态断裂分析

中心直裂纹巴西圆盘试样可以用于脆性材料在纯Ⅰ型、纯Ⅱ型以及Ⅰ-Ⅱ复合型载荷下的动态断裂韧度的测试.通过改变径向冲击的加载角θ(加载方向相对于裂纹的倾斜角),可以方便地实现不同的Ⅰ、Ⅱ型动态断裂实验.本文用有限元软件ANSYS对试样进行动态复合型断裂模拟分析,研究了不同载荷、不同材料以及不同试样尺寸对动态无量纲应力强度因子的影响,得到了纯Ⅱ型加载所对应的加载角θⅡ的近似计算公式.对于在斜坡载荷作用下的复合型断裂,Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子具有相似的时间历程曲线,其比值逐渐趋近于一个常数.本文给出了不同无量纲裂纹长度的试样在不同加载角下对应的Ⅰ、Ⅱ型无量纲应力强度因子的比值KⅠ(t)/KⅡ(t)(该比值称为复合比),利用该复合比,可以通过应变能密度因子准则求出试样的起裂角β0,得到的结果与文献给出的试验结果吻合得很好.