不同基体平面压痕应力强度因子

基于经典守恒积分方法对刚性压头冲压平板情况下应力强度因子（ＳＩＦ）进行数值分析,应有有限元软件模拟冲压形成的奇异应力场,并计算应力强度因子。比较了几组具有不同弹性模量和泊松比的应力强度因子,研究其与断裂韧性之间关系得出变化规律。工程中可利用奇异应力场数值分析结果研究材料的破坏行为、测试材料的机械性能。     

J-积分在镀层基体平面压痕边界开裂中的应用

当二维平端刚性压头作用在镀层基体的表面时,在镀层材料的表面形成一个平面压痕,同时在压痕的边界处将诱生奇异应力场和K-控制区。与裂纹问题类似,该应力场的平面压痕应力强度因子是描述奇异应力场应力集中程度的唯一参量。本文将利用守恒积分,讨论镀层基体平面压痕守恒积分的主要特征,同时给出镀层基体平面压痕应力强度因子的远场积分计算方法。     

快开盲板环形裂纹的应力强度因子计算

在有限元ANSYS软件中,建立了结构简化模型,将结构简化成轴对称模型,变换结构尺寸。通过一系列的命令流计算应力奇异点周围的应力强度因子,然后分析应力强度因子与各结构尺寸的参数之间的关系,并与J积分计算所得数值进行比较,结果表明,应用J积分计算KⅠ具有可行性。     

基于非结构化格子法的动态J积分计算

目的针对动态载荷作用下稳态裂纹的线弹性断裂问题,提出一种动态J积分和动态应力强度因子KI的数值计算方法.方法基于非结构化格子法,对动态J积分计算公式中的围线积分和围面积分离散化处理,进行动态J积分的数值计算,利用动态J积分和KI的关系给出动态应力强度因子.结果非结构化格子法不仅能够用于验证动态J积分的路径守恒性,而且能够计算任意时刻动态J积分的具体数值.结论动态J积分算法具有简便、实用、计算速度快和数值计算精度高的特点.该算法可以用于动态应力强度因子的计算,为裂纹的动态起始扩展问题的研究提供了一种新的数值算法.     

用J积分计算单边裂纹梁四点复合型加载时的K_Ⅰ和K_Ⅱ

本文用分解J积分为对称部分J_Ⅰ和反对称部分J_Ⅱ的方法,计算了四点复合型加载时单边裂纹梁的应力强度因子K_Ⅰ和K_Ⅱ,而J积分则通过有限元计算获得。与边界配位法所得结果的比较表明,分解J积分法是一种计算复合型应力强度因子的有效方法。计算结果还表明,四点复合型果的应因子K_Ⅰ和K_Ⅱ基本不受复合程度的影响,可以分别按弯矩和剪力进行算,并且建议了K_Ⅰ和K_Ⅱ的K程计算表式式。     

腹板连接节点焊缝应力强度因子的参数分析

为定量的确定荷载作用下钢框架结构延长翼缘连接板梁柱腹板连接节点焊缝应力强度因子的大小,采用断裂力学与有限元积分相结合的方法,研究腹板连接节点的断裂性能.判断延长翼缘连接板腹板连接节点焊缝开裂的依据是Ⅰ型应力强度因子,应力强度因子可以通过有限元计算J积分的方法求得.通过有限元计算分析了初始裂纹深度、梁截面尺寸、柱截面尺寸和梁柱长度对延长翼缘连接板腹板连接节点焊缝应力强度因子的影响.采用正交设计法进行研究方案设计,根据有限元分析结果归纳出应力强度因子计算公式.研究结果表明：延长翼缘连接板腹板连接节点梁下翼缘焊缝比上翼缘更容易开裂,应力强度因子随梁截面参数的增大而增大,随柱截面参数的增大而减小.     

广义■积分的数值分析

1968年,Rice,J.R.提出的J积分是计算工程构件的应力强度因子K_1的一种有用工具;但是,J积分的使用受到如下条件的限制:1. 不存在体力;2. 不存在非均匀温度场产生的热负荷。然而,工程构件常常承受了这些复杂载荷。因此,近年来,一些作者突破了这些限制,提出了广义 J 积分,并从能量的观点证明了广义 J 积分的守恒性。但是,这些文献的广义 J 积分值都是解析解,对形状复杂和具有不规则温度场的工程零件则无法求解。为了解决如航空发动机和发电设备等高温旋转零件的剩余寿命计算和分析其结构的安全性,本文作者使用有限元素法分别在外载、温度场、体力及三者联合作用下进行了研究,并取得对工程有重要意义的结果。研究表明:上述数值计算的广义 J 积分值都是守恒的,由此得到的应力强度因子 K_1值与解析解相比误差都很小,因此这种数值计算法是可以信赖的。本文作者已研制了这方面的计算机软件。因计算程序功能的通用性,软件可直接使用于复杂载荷下的这一类带二维裂纹工程构件。其输出功能包括构件的应力、应变场,广义 J 积分及应力强度因子 K_1的数值解,并可预测裂纹扩展的方向。和试验研究相配合,软件将解决航空发动机涡轮盘上榫齿裂纹的应力强度因子计算,以此求解剩余寿命,达到定寿、延寿的目的。程序也可应用于其它复杂载荷或单独外载下带裂纹构件的计算,它是求解这些工程构件的剩余寿命和分析安全性的实用工具。     

表面裂纹弹塑性断裂参数的估算和测试

本文提出了一种计算模型,用以估算带半椭圆表面裂纹幂硬化板材的弹塑性断裂参数。用该模型估算的表面裂纹最深点的应力强度因子K值与New-man-Raju 公式计算的K值吻合良好、弹塑性J积分值与Nikishkov-Atluri的三维有限元结果基本相符。用表面裂纹LD10CZ板材测定的表面裂纹嘴张开位移δ_m和J积分值与计算模型估算的δ_m和J值的误差不超过10%。在σ/σ_0> 0.5时,J与a_m有线性关系。     

楔形翼缘连接板腹板连接节点断裂性能

为定量确定采用楔形翼缘连接板的钢框架结构梁柱腹板连接节点焊缝应力强度因子与初始缺陷深度之间的函数关系,采用断裂力学与有限元分析相结合的方法.判断焊缝开裂的依据是一型应力强度因子,应力强度因子通过J积分的方法求得.通过有限元计算研究初始裂缝深度、梁截面尺寸、柱截面尺寸、梁柱长度和翼缘连接板伸出柱边缘的长度对腹板连接节点焊缝应力强度因子的影响.采用正交设计法进行研究方案设计,根据参数分析结果归纳出应力强度因子计算公式.结果表明,梁下翼缘焊缝比上翼缘更容易开裂,采用楔形翼缘连接板可以明显改善焊缝边缘的断裂性能,应力强度因子与梁截面参数是增函数关系,与柱截面参数是减函数关系.     

关于管道环向穿透裂纹的应力强度因子

由守恒积分给出的裂纹尖端近场以应力强度因子表示的积分值,并得用Ｊｋ积分概念及管道膜应力的初等分析,提出了计算裂纹管应力强度因子的一个方法。     

复合断裂中的回路积分J与应力强度因子的关系

本文从J的回路积分定义出发,推导了复合断裂情况下平行和垂直于裂纹的J值与应力强度因子的关系。本结果可满意地用于计算机有限元的分析。     

关于管道环向穿透裂纹的应力强度因子

由守恒积分给出的裂纹尖端近场以应力强度因子表示的积分值,并利用Ｊｋ积分概念及管道膜应力的初等分析,提出了计算裂纹管应力强度因子的一个方法。给出了适用于各种载荷的Ⅰ型管道环向穿透裂纹的应力强度因子表达式,以及拉伸环向周期裂纹管应力强度因子的计算公式,从而建立了一个简单而有效的求解方法。     

Ⅱ型动态裂纹的动态应力强度因子的数值分析

本文采用Shmuely的有限差分格式,利用J积分计算了平面应变清形下纯Ⅱ型裂纹的动态起始问题的应力强度因子,并分析了它们随各种参数的变化规律,得出了一些有意义的结果。     

简化扩展有限元法精度的验证及在DCT试验中的应用

在扩展有限元方法(XFEM)和相互作用积分的基础上,建立了不含裂尖增强函数的简化XFEM法.并通过该方法计算了经典算例的应力强度因子,与传统的J积分方法和应力强度因子手册中的解析解进行了对比分析.结果表明,简化XFEM法与传统的J积分法相比,其精度更高且不需划分过密的网格.之后,采用简化XFEM法对沥青混合料圆盘拉伸试验(DCT)进行了数值模拟分析,通过与室内试验对比发现,简化XFEM法模拟的裂纹扩展路径和试验结果接近,并有助于分析试验过程中的断裂机理.该简化XFEM法能为非均质材料等更复杂问题断裂模拟提供新的解决思路.     

边界元法在断裂力学数值计算中的应用研究

给出一个适用于平面断裂力学分析的新边界积分方程,在此方程的基础上建立了边界元数值计算方法.对Griffith裂纹问题进行了编程计算,用裂尖位错密度与应力强度因子的关系计算出了该问题的应力强度因子.     

基于J2-积分与六棱柱壳裂纹应力强度因子

应力强度因子作为一个重要的断裂参量,在工程结构件断裂分析过程中起到至关重要的作用。本文基于J₂-积分和材料力学中的弯曲理论,对六棱柱壳横向裂纹和加强筋六棱柱壳横向裂纹的应力强度因子进行了分析求解。给出了利用J₂-积分求解复杂结构应力强度因子的一个方法。     

含裂纹的梭形薄壁圆柱壳结构应力强度因子分析研究

应力强度因子是表征裂纹尖端应力场奇异强弱的物理量,对裂纹的扩展和构件失效具有一定的意义,针对梭形薄壁圆柱壳结构断裂问题,基于J积分理论,采用有限元方法研究了含有环向裂纹的梭形薄壁圆柱壳结构在偏心受压下的断裂力学响应,分析了荷载的大小、偏心度、裂纹长度、梭形结构的楔率对裂纹应力强度因子的影响,计算结果表明:裂纹长度、荷载以及楔率对应力强度因子影响很大,而且这些参数是相互影响的.最后根据计算数据拟合出偏心受压梭形圆截面的应力强度因子的计算公式,并和相关的计算结果进行了比较,证明了该公式的可行性.     

位移法计算半椭圆表面裂纹应力强度因子影响因素分析

借助有限元分析软件ABAQUS建立含半椭圆表面裂纹有限厚度板有限元模型,根据计算得到的相关节点位移分别采用Chen-Kuang公式、Shih公式和1/4节点位移公式计算半椭圆表面裂纹应力强度因子,考察单元类型和裂尖附近区域网格参数变化对3种位移法计算应力强度因子精度的影响,根据计算结果给出各网格参数的合理范围。结果表明,3种位移法中Chen-Kuang公式计算结果波动最小;二次六面体全积分单元C3D20和二次六面体减缩积分单元C3D20R计算结果一致性良好,减缩积分单元计算结果受网格参数影响较小。文中的方法和结论可用于复杂工程结构中三维裂纹应力强度因子计算。     

异型管扭曲环向周期裂纹应力强度因子

断裂是工程结构中常见的失效形式之一,控制结构断裂的重要参量是应力强度因子。本文以异型管周期裂纹为例,提出了利用J2守恒积分求解II型裂纹的应力强度因子方法。     

42CrMo钢CT试件应力强度因子的计算方法研究

以风电变桨轴承用42CrMo钢为研究对象，利用Abaqus并采用退化的奇异单元建立了初始裂纹三维有限元CT试件模型，同时进行了裂纹前缘的应力强度因子数值计算。在远离裂纹前缘部分采用六面体网格划分。采用围线积分的方法提取裂纹前缘应力强度因子分布情况，并将数值计算结果与理论计算结果进行对比分析，得到了裂纹前缘应力强度因子分布规律以及在不同载荷和裂纹长度的条件下裂纹前缘应力强度因子的变化规律。