高速动车组齿轮副齿根裂纹应力强度因子数值计算

为研究高速动车组齿轮的齿根裂纹的应力强度因子,结合有限元法和作图法确定了裂纹萌生位置。基于线弹性断裂力学理论,以Abaqus为工具,研究了齿根初始裂纹前缘不同节点处的应力强度因子大小及变化规律,通过对比,确定Ⅰ型应力强度因子在裂纹扩展中占主导地位;在此研究的基础上,探讨了Ⅰ型应力强度因子随载荷、裂纹半径、裂纹形状等因素的变化规律。结果表明,载荷对Ⅰ型应力强度因子大小影响最为显著且呈线性关系;裂纹形状对Ⅰ型应力强度因子在裂纹前缘的分布规律影响十分明显。     

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.     

矩形界面裂纹应力强度因子评价公式

考核三维两相材料界面裂纹应力强度因子的评价公式.对于Ⅰ、Ⅱ型断裂问题,各向同性材料的应力强度因子评价公式也适用于界面裂纹问题.当在距离裂纹体无限远处作用拉应力时,给出以双材料参数ε为变量的应力强度因子的拟合公式.当裂纹体在无限远处作用剪应力时,考察无量纲应力强度因子随材料的泊松比及裂纹形状的变化情况.     

齿根裂纹对应力强度因子影响的研究

采用FRANC3D软件分析了三维齿轮Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型裂纹应力强度因子的分布规律,并考虑载荷、裂纹形状、裂纹大小、裂纹位置和划分网格粗细对应力强度因子的影响。结果表明:Ⅰ型裂纹对应力强度因子影响最大;载荷、裂纹大小、不同裂纹位置和划分网格的粗细对应力强度因子的影响曲线呈两端大中间小的对称分布规律;对于裂纹形状,当椭圆长轴小于或等于短轴时,曲线呈两端大中间小对称分布规律,当椭圆长轴大于短轴时,曲线呈现两端小中间大的对称分布规律。对度量、控制裂纹体的断裂情况和寿命估算有一定的理论基础。     

高频谐振载荷作用下Ⅰ型疲劳裂纹尖端力学参数变化规律

为研究高频谐振式疲劳裂纹扩展试验中带有Ⅰ型预制裂纹的紧凑拉伸(CT)试件裂纹尖端力学参数的变化规律,利用动态有限元方法,采用ANSYS和MATLAB软件编写程序,计算了CT试件在高频恒幅正弦交变载荷作用下,在一个应力循环及裂纹扩展到不同长度时裂纹尖端区域的位移、应变场及裂纹尖端的应力强度因子,并分析了其变化规律。在计算裂纹尖端应力强度因子时,首先采用静态有限元方法和理论公式验证了有限元建模和计算的正确性,然后采用动态有限元方法研究了裂纹扩展过程中裂纹尖端应力强度因子的变化规律。最后进行了高频谐振式疲劳裂纹扩展试验,采用动态高精度应变仪测量了裂纹扩展到不同阶段时裂纹尖端点的应变,并对有限元计算结果进行了验证。研究结果表明：在稳态裂纹扩展阶段,高频谐振载荷作用下Ⅰ型疲劳裂纹尖端位移、应变及应力强度因子均为与载荷同一形式的交变量;随着裂纹的扩展,Ⅰ型疲劳裂纹尖端的位移、应变及应力强度因子幅不断增大;静态应力强度因子有限元计算值和理论值的误差为2.51%,裂纹尖端点应变有限元计算结果和试验结果最大误差为2.93% 。     

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...     

复合材料层间增韧机理的有限元分析

在复合材料层间植入韧性夹层,可以有效提高层间韧性,其增韧机理在于夹层可以有效降低纤维层对裂纹尖端的约束,并降低裂纹尖端应力.文中建立层间裂纹的有限元模型,采用数值分析方法,分别计算加入夹层前后裂纹尖端的J积分值、应力强度因子以及裂纹尖端的应力场.计算结果表明,加入夹层后Ⅰ型和Ⅱ型层间裂纹尖端的J积分、应力强度因子和裂尖应力场均显著降低,并指出在夹层和相邻纤维层间界面附近出现的高应力区是造成界面失效的一个原因.     

T型焊接接头表面裂纹应力强度因子影响因素研究

针对T型焊接结构中出现的疲劳断裂现象,采用扩展有限元法计算裂纹尖端应力强度因子,分析其受裂纹参数、载荷、结构参数影响的变化规律。计算结果表明:随着裂纹尺寸的增大,裂纹尖端应力强度因子呈发散状态增大;弯曲载荷变化引起裂纹尖端应力强度因子的变化程度大于拉伸载荷;裂纹尖端应力强度因子与结构参数呈线性关系。     

物性参数对非均匀界面裂纹应力强度因子的影响

建立了含非均匀界面层的三区双界面裂纹力学模型并使用了一种工程可设计的功能梯度物性参数变化的函数,系统的研究了均匀材料区域的弹性模量比和非均匀参数对界面裂纹尖端应力强度因子的影响规律,并且使用有限单元法计算界面裂纹的应力强度因子,通过计算发现,界面层非均匀参数和均匀材料的弹性模量比对非均匀界面层与均匀材料之间上的界面裂纹尖端的应力强度因子,有着重要的影响。主要规律表现如下:Ⅰ型应力强度因子占主导;弹性模量比大于1时,B1点处Ⅰ型应力强度因子与非均匀参数成非线性关系且存在极值点,该极值点随着弹性模量比的增加而较小,B2点处Ⅰ型应力强度因子随着非均匀参数的增加而增加;弹性模量比小于1时,界面处的Ⅰ型应力强度因子随着非均匀性参数的增大而减小,随弹性模量比的增大而增加,以上规律有利于工程设计来提高界面裂纹的抗断性。     

基于扩展有限元模型的动态应力强度因子计算

为准确计算基于扩展有限元法（XFEM）的裂纹扩展模型中的应力强度因子,在ABAQUS软件中建立中心裂纹平板和三点弯曲的XFEM模型,采用相互作用积分法,通过用户子程序接口分别实现了Ⅰ型、Ⅱ型断裂模式下裂纹扩展过程中应力强度因子的计算;研究了网格密度与积分半径对XFEM模型应力强度因子计算精度的影响规律,研究结果表明：当网格密度因子为0.012~0.016、相对积分半径为3时,应力强度因子收敛至稳定值,计算误差不超过3%。利用所提方法与程序计算了单边带孔疲劳裂纹扩展试样的动态应力强度因子,试验结果表明：基于Paris理论预测的剩余寿命与疲劳试验结果误差为5.3%,进一步验证了所提方法与程序的正确性。     

起重机箱型梁疲劳裂纹与寿命预估

起重机疲劳裂纹是起重机破坏的主要形式之一,根据断裂力学与损伤力学,给出了单一裂纹的线弹性与弹塑性的应力强度因子和恒幅载荷与无级变幅载荷下的疲劳裂纹扩展公式,推导出了在无级变幅载荷下多裂纹的应力强度因子公式.运用起重机数据记录仪测得的数据,结合峰值计数法,得出起重机箱形梁的应力谱.结合实例对1台在役起重机箱型梁疲劳裂纹进行分析,实例表明,推导出的疲劳裂纹公式能够正确快捷地求出箱型梁的疲劳寿命;对特种设备检验以及减少起重机疲劳事故的发生具有重要的工程价值.     

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。     

裂纹前沿网格参数对皮带轮应力强度因子的影响

针对皮带轮三维裂纹体端面网格数和轴向网格数的优化问题,基于应力强度因子理论,对皮带轮张开型表面裂纹前沿的网格参数进行了正交实验研究.首先,研究了正交设计理论和应力强度因子的位移法计算原理;然后,在皮带轮应力集中位置,建立了一定大小的裂纹,并对该裂纹的应力强度因子进行了有限元计算;最后,用正交设计方法设计了裂纹体周边网格...     

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.     

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.     

应力比r对构件疲劳裂纹扩展的影响分析

应用能量释放率法及Paris公式对疲劳裂纹扩展问题进行了研究,详细分析比较了在不同应力比r作用下,对箱形构件未穿透型裂纹剖面各积分点的应力强度因子及裂纹扩展速率的影响.所得结论可为工程设计及裂纹无损检测人员提供一定参考.     

G*积分理论求解应力强度因子及有限元法验证

利用G*积分理论求解管道裂纹应力强度因子.再应用ANSYS有限元分析软件,计算出纯弯曲、三点弯对称环向穿透裂纹和拉伸周期裂纹的应力强度因子.将应力强度因子的G*积分解与有限元解相比较,它们的相近验证了G*积分理论的适用性.     

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。     

激光冲击对金属板料裂纹的影响模型

研究了含有裂纹的金属板料在激光冲击波载荷作用下裂纹尖端应力强度因子和裂纹扩展速度的变化,利用断裂力学理论,对激光冲击加载下裂尖参数计算模型进行优化,采用应力强度因子叠加法,将外加载荷引起的应力强度因子和激光冲击后残留的残余压应力引起的应力强度因子叠加,推导出下裂纹尖端应力场强度因子表达式,由此可精确计算出金属板料的裂纹萌生寿命和裂纹扩展速度,实验验证了航空钛合金Ti6Al4V激光冲击后残余应力对裂纹扩展速度的影响,从而建立了激光冲击作用对板料裂纹扩展的影响的理论模型。     

接触作用对裂尖动态应力强度因子的影响

为了探究接触作用对于含中心斜裂纹板的动态应力强度因子的影响,采用ANSYS软件分别对平板在两种情况下(考虑与不考虑接触作用)的动态应力强度因子进行了模拟计算,并探究了接触刚度(FKN)对动态应力强度因子(dynΙK(t))的影响。由计算结果可以看出:(1)不考虑接触作用的I型动态应力强度因子部分为负值,说明两个裂纹面发生了相互嵌入;(2)考虑了接触作用之后的I型动态应力强度因子可以得到很好的优化,I型动态应力强度因子负值情况基本消失;(3)在考虑接触作用之后应根据实际情况选择合适的接触刚度。