孔洞三维裂纹应力强度因子分析

针对裂缝性低渗透油田孔洞三维裂纹在Ⅰ型加载下应力强度因子求解方法的多样性,研究了以权函数理论为基础的三维裂纹应力强度因子的求解方法。通过对由权函数法推导的应力强度因子曲线与Newman曲线进行比对,结果吻合较好,说明用权函数理论计算三维裂纹应力强度因子具有较高精度,且计算简便。综合运用应力三维度断裂准则、线弹性断裂力学和流体力学理论,分析了孔洞三维裂纹的起裂和三维扩展问题。通过算例分析了缝长、缝高、缝宽随施工时间变化的延伸规律。结果表明,该方法和计算模型是有效的、可行的。     

中心裂纹圆盘裂纹形状尺寸对应力强度因子的影响

采用有限元数值分析方法 ,分析了由脆性材料制成的中心裂纹圆盘试件 ,在复合模式加载条件下裂纹形状尺寸 ,尤其是裂纹宽度和中心小孔半径对应力强度因子的影响 .结果表明 :槽式和槽孔组合式裂纹圆盘试件 ,其I型无量纲应力强度因子FⅠ均比按理想裂纹推出的解析解大 ,而Ⅱ型无量纲应力强度因子FⅡ 均比解析解小 ;随着加载角度增加 ,FⅠ 的数值解与解析解的差值逐渐变小 ,而FⅡ 的差值逐渐变大 ;同时 ,随着裂纹槽宽度或中心小孔半径的增加 ,应力强度因子数值解与解析解之差逐步增加 .依据数值分析的结果 ,给出了这两类试件相对于理想中心裂纹圆盘试件应力强度因子解析解的修正公式 .     

温度应力强度因子的权函数算法

该文用权函数法求解出由温度应力引起的厚壁壳体内表面裂纹的应力强度因子,推导了计算应力强度因子的权函数公式,这些公式可用于不同材料,温度,裂纹深度和尺寸的壁厚壳体在不同温度下应力强度因子的计算,同时还得到了一些温度应力强度因子随裂纹深度变化的规律,这些规律对厚壁壳体的设计及工程应用有一定的参考价值。     

Ⅰ型裂纹尖端圆弧对应力强度因子影响的数值研究

应力强度因子表征了裂纹尖端奇异应力场的强度,它是研究裂纹扩展规律和带裂纹构件强度的基础。采用有限元法,对受均布荷载作用存在边缘Ⅰ型裂纹的平面板进行了数值分析。研究了裂纹尖端圆弧对应力强度因子的影响,分别计算了具有不同裂尖圆弧r_0的Ⅰ型裂纹的应力强度因子。采用应力法计算不同半径处的表观应力强度因子,插值到裂尖圆弧而得。根据计算结果,绘制K_Ⅰ-r_0曲线,利用最小二乘法拟合至尖裂纹(r_0=0)即得理想尖裂纹的应力强度因子,与解析解相差仅0.7%。该曲线为带圆弧裂纹的应力强度因子测试和带圆弧裂纹构件强度计算提供了依据。     

Ⅰ型裂纹尖端圆弧对应力强度因子的影响

应力强度因子表征了裂纹尖端奇异应力场的强度,它是研究裂纹扩展规律和带裂纹构件强度的基础。本文采用有限元法,对受均布荷载作用存在边缘Ｉ型裂纹的平面板进行了数值分析。研究了裂纹尖端圆弧对应力强度因子的影响,分别计算了具有不同裂尖圆弧 的Ｉ型裂纹的应力强度因子。采用应力法计算不同半径处的表观应力强度因子,插值到裂尖圆弧而得。根据计算结果,绘制KⅠ-r0曲线,利用最小二乘法拟合至尖裂纹（r0=0）即得理想尖裂纹的应力强度因子,与解析解相差仅0.7%。该曲线为带圆弧裂纹的应力强度因子测试和带圆弧裂纹构件强度计算提供了依据     

数值流形位移法在岩体裂缝扩展中的应用

基于三角形网格,对裂缝扩展过程中流形单元变化情况进行了深入研究,从几何网格的角度对数值流形方法的连续与非连续统一处理方式进行解读.采用一阶覆盖函数,推导出数值流形算法的权函数表达式,建立局部位移函数.通过数值流形计算程序,得出裂缝尖端位移,并计算尖端应力强度因子.通过经典的中心裂纹板模型,对数值流形位移法求得的尖端应力强度因子进行验证,算例的数值解和解析解吻合度较高,证明数值流形法计算裂缝扩展的准确性,为裂纹扩展过程中尖端应力强度因子的求解提供了新的数值解法.     

基于ANSYS的裂纹应力强度因子的计算

本文分析了应力强度因子的重要性和计算应力强度因子的一般方法,以及在ANSYS中求解应力强度因子的裂纹尖端奇异性处理和具体步骤。在二维和三维典型模型的实例应用中,对ANSYS计算结果和解析结果进行了对比分析。     

基于扩展有限元的应力强度因子计算精度研究

应力强度因子(Stress intensity factor,SIF)是判断已有裂缝是否扩展的物理量,其计算精度对地裂缝扩展模拟具有重要影响.基于扩展有限元的互作用积分法是一种常用的计算开裂问题应力强度因子的方法,其数值积分中的权函数通常为平台型或金字塔型,但目前对权函数的选取以及权函数对应力强度因子计算的影响研究得很少.针对不同形式的权函数提出了统一的计算公式,并引入权函数因子来进一步控制权函数的具体形式;提出了非平台型的权函数的修正方法,以提高应力强度因子的计算精度;讨论了权函数因子以及积分区域因子对应力强度因子计算精度的影响,并通过算例进行了计算.结果表明,当积分区域因子为3～5,采用修正的权函数且权函数因子取1～3时,应力强度因子的计算精度最高.     

考虑残余应力的钢桥面板-肋双面焊裂纹应力强度因子计算方法

建立焊接分析有限元模型,对顶板-纵肋双面焊构造的焊接过程进行数值模拟,拟合得到顶板焊趾细节沿板厚方向分布的横向残余应力分布经验公式;建立钢桥面板断裂力学数值模型,结合统一的权函数表达式,推导适用于顶板焊趾处裂纹最深点和表面点应力强度因子的新权函数,并将权函数计算的应力强度因子与有限元计算的应力强度因子进行对比。研究结果表明：顶板-纵肋双面焊顶板焊趾处残余应力沿板厚方向处于拉—压—拉状态,呈正弦函数分布;在二次应力分布下,权函数法与有限元法计算所得顶板焊趾处裂纹最深点应力强度因子最大相对误差为7.4%,表面点应力强度因子最大相对误差为4.1%;在焊接残余应力场下,权函数法与有限元法计算所得顶板焊趾处裂纹最深点应力强度因子最大相对误差为7.6%,表面点应力强度因子最大相对误差为8.6%;权函数法能有效计算钢桥面板-肋双面焊顶板焊趾处疲劳裂纹应力强度因子。     

弹性圆域中Ⅲ型分叉裂纹的应力强度因子

采用位错分析法，研究弹性纵向剪切情况下圆域中分叉裂纹问题. 在给出无限大域中点位错复势的基础上，引入补充项以满足圆边界自由的条件，得到圆域中分叉裂纹问题的基本解. 通过裂纹面上的应力边界条件，建立一组以位错密度为未知函数的Cauchy型奇异积分方程. 由位移单值条件可以得到另一个约束方程. 然后利用半开型数值积分公式把奇异积分方程化为代数方程求解，由位错密度直接得到裂纹尖端处的应力强度因子值. 这种解析数值相结合求解应力强度因子的方法，充分利用了解析方法精度高和数值方法适用性广的特点，同时又克服了保角变换等解析解的局限，各裂纹位置可以是任意的. 算例中所得的图表可以应用于工程实际.     

带裂纹圆柱岩石试样的权函数解

采用Ｗｕ氏权函数与Ｂ样条函数相结合的方法，计算了带裂纹圆柱岩石试样在一对裂纹面内沿柱体母线作用下的应力强度因子．计算结果与文献值的比较表明，本方法不但简便，而且具有较高的精度．     

基于权函数法的含裂纹叶片的应力强度因子研究

基于两个已知的参考应力强度因子和权函数的基本特性,分别计算了含单边裂纹、双边裂纹和中心裂纹的有限宽板的权函数。然后,将所计算的权函数分别用于确定含单边、双边及中心裂纹的旋转平板叶片的裂尖应力强度因子K。最后,在线弹性断裂力学范围内由断裂准则KKIC分别对含单边、双边和中心裂纹的平板叶片的临界转速进行了估算。研究结果表明:旋转平板叶片所含的裂纹深度越深、裂纹位置距旋转轴越近,所引起的裂尖应力强度因子就越大,所允许的临界转速就越低。     

映射函数法求方形孔口角点裂纹的应力强度因子

用映射函数法和Ｍｕｓｋｈｅｌｉｓｈｖｉｌｉ方程对无限大板内方形孔口角点裂纹在不同外载下进行应力分析，决定了裂纹尖端的应力强度因子随裂纹长α和孔构形尺寸Ｌ的变化规律，探讨了外载变化对ｋ因子的影响；并使用刚度导数有限元法进行了计算．结果表明，在板宽Ｗ和Ｌ之比大于５时，两种方法的误差在６％以内．     

保角映射方法在各向异性板断裂分析中的应用

采用各向异性体平面弹性理论中的复势方法,引用适当的保角变换,研究各向异性板中穿透性直线裂纹的平面弹性问题。借助应力边界条件推出应力函数的表达式,得到Ⅰ型裂纹尖端附近的应力强度因子、应力场及位移场的解析解.     

复合材料Ⅰ+Ⅱ混合型周期平行裂纹尖端场

研究了裂纹面内均匀载荷作用下的正交各向异性复合材料板周期平行裂纹尖端场问题。利用复变函数方法,将力学问题化为偏微分方程边值问题。根据叠加原理,将偏微分方程边值问题化为Ⅰ型和Ⅱ型两个边值问题求解。在复数域内,利用双曲函数的周期性,通过构造适当的Westergaard应力函数,将周期平行裂纹尖端场问题化为单一裂纹尖端场问题。得到混合型周期平行裂纹尖端附近的应力强度因子和应力场的解析表达式。由于平行裂纹的周期性分布,应力强度因子的大小取决于形状因子。所得结果表明,当裂纹间距趋于无穷大时,应力强度因子退化为含单个中心裂纹时的结果,并且所得到的解析解更好的体现了平行裂纹分布的周期性。研究结果为结构和材料的强度设计提供了有意义的参考。     

整体加筋翼梁结构止裂性能研究

利用ANSYS软件,研究了整体加筋翼梁结构止裂筋位置和截面不同时的应力强度因子和裂纹扩展特性,为了便于比较,并对无止裂筋梁进行了分析。给出了不同止裂筋位置和截面宽厚比下的应力强度因子曲线,分析了止裂筋断裂后对整体加筋翼梁的影响。最后,在给定止裂筋重量条件下讨论了最优止裂性能筋条的宽厚比。     

固支双裂纹试件的无限相似单元转换解

用半分析方法求解固支双裂纹试件的应力强度因子．在这种方法中，以裂纹尖端附近的半解析表达式为插值函数，将裂纹尖端附近的自由度转化为一组广义坐标．裂纹尖端附近用自动产生的无限小相似单元适应裂纹尖端附近的应力奇异性，利用相似单元具有相同刚度矩阵的特点，只需少数单元的刚度矩阵．得到了精度较高的固支双裂纹梁的应力强度因子．     

7050铝合金材料R曲线的三维效应与试验研究

裂纹扩展阻力曲线(R曲线)反映了疲劳裂纹扩展断裂的真实物理过程,但是现阶段测量材料R曲线的方法在计算试样阻抗应力强度因子时,未考虑厚度的影响,并且在计算裂纹扩展阻力R时,仅考虑了平面应力状态与平面应变状态两种极端情况,忽略了更为普遍的过渡状态。首先对中心孔裂纹板进行了三维弹塑性有限元分析,通过计算其三维应力强度因子表示式,建立了裂纹扩展阻力与试样厚度的关系模型。其次,依据三维状态下能量释放率与应力强度因子的关系式,结合裂纹扩展阻力与试样厚度的关系式,建立了不同厚度试样三维裂纹扩展阻力R值的计算模型。最后,基于该模型,通过试验测定了不同厚度7050铝合金板的R曲线,得到了R曲线与试样厚度的函数关系式。