研究冷挤压孔附近残余应力强度因子分布的激光散斑—权函数混合法

根据确定裂纹应力强度因子权函数法基本理论的特征，提出实验力学－权函数混合法的构想，为解决更复杂和三维问题等难提供一种有效的新途径。用激光散斑－权函数混合法研究了冷挤压孔附近残余应力强度因子的变化规律，得到的结果对冷挤压孔加工工艺中控制裂纹长度，提高构件的疲劳寿命和可靠性设计可起到指导性的作用。     

热权函数法求解热冲击下复合型裂纹应力强度因子

采用热权函数法对热冲击下复合型裂纹的应力强度因子进行求解,给出了热权函数法计算复合型裂纹应力强度因子的有限元格式.对典型例题进行计算,证明热权函数法具有较高的计算效率与满意的工程精度.     

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。     

求解热冲击下复合型应力强度因子的热权函数法

对热冲击下复合型裂纹的应力强度因子进行研究,给出复合型应力强度因子计算的热权函数法格式.利用刚度阵导数法将热权函数法与有限元法直接耦合,推导热权函数法计算复合型应力强度因子的有限元格式.结合虚拟裂纹扩展技术完成热权函数的计算,热权函数与时间无关,从而免除对每一时刻所需作的有限元或边界元分析,大大简化了计算过程.对典型例题进行计算,通过与直接热弹性力学法计算得到的结果进行比较,证明热权函数法具有较高的计算效率,并且又具有满意的工程应用精度.     

非穿透型齿根裂纹应力强度因子权函数法求解

齿轮齿根是具有非穿透性的三维裂纹,其应力强度因子计算求解难度大且过程复杂。对此应用片条合成权函数法将三维裂纹问题转化为一系列“等效的”薄片单元二维裂纹问题。根据作用在薄片单元上的法向力按照其啮合刚度进行分配,求出作用于每个薄片单元上的法向力,再运用二维裂纹权函数法计算每个薄片单元裂纹应力强度因子。其求解结果与有限元法计算结果十分吻合,最大误差为3.9%。     

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。     

带轴向表面裂纹海洋管道的断裂计算与可靠性评估

针对带轴向表面裂纹海洋石油管道,利用权函数方法,给出计算裂纹前沿应力强度因子的积分表达式,进而导出满足工程精度要求的应力强度因子的实用计算公式.在断裂分析的基础上,基于概率统计理论,采用极限分析方法为带裂纹海洋石油管道建立断裂可靠性评估方法,给出断裂失效概率和可靠度的计算公式,并给出典型算例的数值计算结果.     

计算平面Ⅰ、Ⅱ型复合应力强度因子的半权函数法

给出计算一般平面裂纹问题应力强度因子的半权函数方法。该方法引入两个满足裂纹面零应力条件、平衡方程以及裂尖位移具有r^-1/2奇异性的虚拟位移与应力函数的解析表达式，即半权函数。从功能互等定理出发，结合从裂纹下缘到上缘绕裂尖任意路径的位移与应力的近似值，得到Ⅰ、Ⅱ复合型应力强度因子KⅠ和KⅡ积分形式的表达式。由于在积分中避开了裂尖的奇异性，因此即使采用较粗糙的模型或方法得到的近似值，也可以得到精度较高的KⅠ、KⅡ。相对于权函数法，本方法的限制条件较少，半权函数易于获得，实用性强；相对于有限元法计算量小，模型建立简便。     

多圆孔边裂纹应力强度因子复变函数解

飞机机身蒙皮结构多紧固件,孔边裂纹扩展过程中的加速效应主要表现为多条疲劳裂纹之间应力强度因子的相互干涉。基于Muskhelishvili复变函数理论和有限截项原则,提出一种修正的近似迭加方法,用于求解远场应力作用下的多圆孔边裂纹应力强度因子,并分析了双孔等长裂纹、双孔不等长裂纹、三孔等长裂纹、三孔不等长裂纹等四种开裂模式的应力强度因子变化规律。算例表明,随着相邻裂纹尖端逐渐趋于接近,裂纹间的干涉效应表现明显,无量纲应力强度因子快速增加。     

疲劳裂纹扩展中单峰过载引起的残余应力强度因子计算

采用弹塑性有限元方法,模拟由不同过载比单峰过载引起的有限宽板单边裂纹试件裂纹尖端附近的残余应力分布.选用混合高斯模型(正态高斯模型结合高斯指数衰减模型)对沿裂纹方向的残余应力作回归分析,得到残余应力σres与过载应力强度因子Ko1的关系式.在此基础上,利用权函数法计算残余应力强度因子kres,为建立基于裂尖残余应力的裂纹扩展模型创造条件.