三维应力约束及厚度效应的有限元分析

文章对有限厚度板裂纹端部应力场、三维应力约束进行了初步探究,得到了不同试件的约束参数及相应的曲线.对一定厚度的均匀拉伸和三点弯曲的标准试件,试件的厚度越大,离面约束的面内约束范围越大.根据面内约束分析,随着试件厚度的增加,弯曲试件首先达到平面应变状态.     

机械连接中并排孔有限厚度板的应力集中分析

用有限元方法对含等圆孔有限厚度板的三维应力集中进行了分析研究。分析过程中主要考虑板厚、孔间距及孔间耦合对孔边应力集中影响。研究结果表明：有限厚度含孔板的孔间距、板厚对孔边应力集中有明显影响,并存在孔间耦合效应。在该状态下孔的临界距离L/r为2.69,最大应力集中比的临界距离L/r为5.36。这些结论可用于飞机结构、机械装配及其他工程领域当中典型的铆钉、螺栓、销等连接问题。     

含螺栓或钉载并排孔搭接件孔边应力集中分析

为进一步探索工程结构中含螺栓或钉载孔搭接件的应力集中问题,基于有限元计算软件,建立含并排螺栓或钉载孔搭接件结构的局部三维有限元模型,计算双板搭接结构在承受均匀拉力载荷时局部的应力分布情况。分析研究在该状态下搭接件中两并排孔孔边的三维应力集中情况,得出应力集中系数与板的厚度、孔半径、孔间距之间的关系。为验证计算模型的精确性,通过与子模型法的计算结果进行对比。研究发现,板厚度、孔半径与孔间距对应力集中系数比值有明显影响,随着搭接件中板的厚度、孔半径或孔间距的改变,最大应力集中系数值的位置沿厚度方向发生改变。该结果可为当前连接件存在的应力集中问题提供参考依据。     

平板开小圆孔应力集中的三维有限元分析

针对经典的弹性力学中平板开小圆孔问题，采用有限元方法，把平板开孔问题视为三维应力状态，考虑在Z向的应力变化，给出了平板开孔问题各应力在孔边应力集中区域沿厚度的变化情况；并且探讨了所开圆孔的大小对应力集中的影响。     

热障涂层热不匹配残余应力的分析研究

广泛应用于高温部件的热障涂层,在热载荷作用下各层间所集聚的残余应力是导致其层裂和失效的重要原因。针对热障涂层由于热不匹配产生的残余应力,建立了相应的平面应变模型,研究了温度与涂层厚度对界面残余应力和陶瓷层内最大残余应力分布的影响。结果表明,陶瓷层内的残余应力主要表现为横向压缩应力,且最大值位于距陶瓷层表面1/3厚度处;界面残余应力相对较小,但在自由边界处有应力集中现象;随着温度的升高应力值在增大,陶瓷层厚度增加会改变结构厚度方向上的应力分布,且厚度增加使陶瓷层内残余应力值和界面残余应力值减小。     

循环载荷下缺口板弹塑性应变分布测定

用电测法测定了带有中心圆孔矩形铝合金（ＬＹ－１２－ＣＺ）板在循环载荷作用下横截面的弹塑性应变分布，同时测定了循环载荷下孔边应力──应变回线，弹塑性应变集中系数Ｋε和应力集中系数Ｋσ，并和四种近似公式的计算结果进行了比较。发现在循环加载情况下用电测法绘制载荷──应变回线，并根据回线出现畸变的现象，可以灵敏的检测裂纹的萌生和早期扩展。     

圆孔孔边应力集中的经典解与有限元分析

针对经典解法中将平板开小圆孔视为平面应力问题,采用应力法求得开孔板应力,分析了孔边应力集中的大小。针对某一具体算例,将经典解与三维有限元得到的解相比较,对两种解法所得到的结果进行了比较和探讨。     

多孔弹性平板弯曲或扭转的应力集中

针对合有任意多孔无限大弹性平板弯曲或扭转应力集中的计算问题，应用弹性力学的复变函数理论，采用多保角变换的方法，推出了多复变量应力函数的表达式。在边界上进行复Foutier级数展开，用待定系数法确定应力函数的未知系数，从而计算弹性板的应力场。以含有任意多圆孔的无限板为例，进行了算例分析，给出了各种载荷下孔距对应力集中的影响因素和孔边周向弯矩的分布图。结果表明：该方法对处理多孔弹性平板弯曲或扭转问题是行之有效的。     

基于有限元的高压容器开孔接管区应力分析

对压力容器开孔接管区进行了三维有限元分析,获得了容器筒体、接管及其连接部位的应力分布信息。结果表明:压力容器开孔接管区产生明显的应力集中,且应力集中系数随接管与筒体连接处距离的增大而快速降低,各类应力的最大值发生在接管与筒体连接处且位于接管上部位的内侧区域,是筒体失效的危险区域。     

冲击荷载下Ⅰ型裂纹与圆孔缺陷相互作用

采用数字激光动态焦散线和超动态应变测试系统,对含圆孔缺陷的有机玻璃板三点弯曲梁进行冲击断裂实验,开展Ⅰ型扩展裂纹与不同直径圆孔缺陷相互作用实验研究。结果表明：冲击载荷下预制裂缝尖端焦散斑不断增大,圆孔缺陷左、右边缘应变片测点表现出竖直受压、水平受拉的应力状态。裂纹起裂后沿直线扩展,主要表现为Ⅰ型断裂。初始裂纹扩展速度和动态应力强度因子大小相似,变化趋势相近,应变片测点水平和竖直方向均表现出拉应力状态。初始裂纹与圆孔缺陷贯通时止裂,贯通瞬间应变片测点的水平和竖直拉应力均达最大值。随着圆孔缺陷直径增大,次生裂纹起裂速度和起裂韧度均变大,起裂难度增高。研究结果为揭示动荷载下含缺陷岩石断裂机理提供借鉴。     

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。     

组合桥面板U肋螺栓接头疲劳受力性能

针对组合桥面板受力特点,采用一种宽口U肋,设计制作了1个足尺试件,通过疲劳加载试验检验U肋螺栓接头的受力性能,并通过有限元模型对接头受力进行了分析。试验结果显示,开裂源于母板栓孔边缘并最终裂透至手孔。有限元分析表明,母板的头排栓孔附近,距孔边缘约1/3孔径处应力集中明显,集中系数约为2.5;手孔形状、拼接板厚度及栓孔大小对母板栓孔应力集中影响很小;相较8 mm厚U肋的组合板或常规钢桥面板,该组合板的接头母板栓孔受力要大许多,但其疲劳强度也满足规范要求。     

汽车覆盖件冲压成形性能分析与工艺优化

基于CAE技术和试验方法分析了车用侧墙板冲压成形过程中的成形性,并在此基础上结合正交试验法研究了不同工艺参数对该侧墙板成形性能的影响.结果表明:侧墙板零件局部区域处于平面应变状态,并且存在较严重的局部减薄,这两者使侧墙板零件局部区域接近破裂状态;其中压边力对侧墙板零件减薄率的影响最为显著.通过正交试验法进行了工艺参数优化,使零件的最大减薄率明显降低,平面应变状态也得到改善,且试验与有限元分析结果相吻合.     

初始纵向、横向荷载效应对薄板静力性能影响分析

运用能量变分原理,给出了同时考虑初始纵、横向荷载效应情况下板的应变能表达和静力平衡微分方程;推导了同时考虑初始纵、横向荷载效应的板单元刚度矩阵.运用Galerkin法求解了同时考虑初始纵、横向荷载效应情况下3种典型板(固支矩形板、固支和简支圆形板)的后期横向荷载位移近似解.验证了考虑初始纵、横向荷载效应的板单元刚度矩阵和3种典型板的后期荷载位移近似解的正确性,并分析了初始纵、横向荷载效应对板的后期横向荷载位移的影响.结果表明:初始纵、横向荷载效应改变了板的弯曲刚度,将影响板承受后期横向荷载的静力性能;同时考虑初始纵、横向荷载效应情况下,板的静力性能主要受初始纵向和横向荷载、板的厚度及边界条件等因素的影响.     

各向异性板应力集中问题最小二乘虚边界元解法

针对各向异性板的应力集中问题,依据虚边界元法的求解思路,以复变函数表达的基本解作为权函数,建立了相应最小二乘虚边界元的数学模式;其可求解正交各向异性或一般各向异性材料的平面问题.文中给出了含圆孔的各向异性板应力集中问题的数值算例;通过与边界元直接法、有限元法的数值比较可知,本文方法的数值结果具有较高的计算精度.此外,相对其它数值方法本文方法对于各向异性板应力集中问题的求解,具有较好的适用性和数值计算的稳定性.     

光弹法中有限变形平面应力的计算方法

对光弹法中有限变形平面应力的计算问题进行研究,建立了有限变形的平衡方程,针对出现的平板厚度和横向变形系数都是变量这个难题,推导出内部应力,平板厚度和向形系数的计算公式。     

动态应力集中的优化研究

用有限元法和动态光弹性法研究了带有圆孔的平面直杆在冲击载荷作用下动态应力集中的优化问题。结果表明,在主孔下方引入辅助孔可减小动态应力集中系数,得出了动态应力集中系数随辅助孔直径的变化规律,获得了辅助孔的优化尺寸。     

腹板几何尺寸变化对梯形波纹腹板工字钢梁应力集中的影响

为了分析析板几何尺寸的变化对梯形坡纹腹板工字钢梁应力集中的影响,建立相应的ABAQUS有限元分析模型,并利用已有的梯形波纹腹板工字钢梁实验结果对有限元模型的正确性进行了验证;运用ABAQUS有限元软件对梯形波纹腹板工字钢梁进行了大量的非线性有限元分析,研究了腹板的波幅、厚度、平行段长度、坡纹转角、转角半径等对腹板和翼缘中应力集中程度的影响及其规律。结果表明,梯形波纹腹板工字钢梁有限元分析模型是合理的:腹板的波纹转角、转角半径、腹板厚度的变化对梯形波纹腹板工字钢梁应力集中的影响较大,而腹的波幅和平行段长度的变化对钢梁的应力集中影响较小。     

圆孔对等厚薄圆板固有频率影响的研究

首先由MARC软件对无孔与有孔的两个等厚薄圆板试件进行了模态分析，得出了前四阶固有频率的大致范围，根据该值确定实验中截止频率的取值；用敲击法测量了两试件的固有频率，并根据实验结果确定了有限元分析的单元类型与网格布局；最后采用该单元类型与网格布局对等厚薄圆板进行了系列计算，得出了圆孔大小、位置对薄圆板固有频率的影响规律，为挖孔减重提供科学的理论依据。     

平板中心圆孔边应力集中的有限元分析

应用ANSYS软件，对平板中心圆孔的应力集中进行了有限元分析，对圆孔平板在单向和双向应力条件下的应力状况进行了计算和分析，并将有限元结果与解析解进行比较。分析表明，在单向应力条件下，圆孔大小对平板圆孔的应力分布没有明显影响。