基于子模型技术的叶轮轴孔三维裂纹应力强度因子有限元仿真

基于断裂力学理论和有限元数值分析方法,针对压气机叶轮由于铸造缺陷和疲劳引起的三维裂纹,应用子模型技术和ParaMesh网格随移技术,给出了计算压气机叶轮轴孔三维裂纹前沿应力强度因子的求解方法及途径,并对压气机叶轮轴孔三维裂纹的扩展方向和扩展速率进行了分析,基于压气机叶轮轴孔三维裂纹应力强度因子求解结果,指出叶轮轴孔三维裂纹前沿应力强度因子随裂纹半径的增加而增加,裂纹前沿轴向的应力强度因子大于径向的应力强度因子,裂纹在轴向的扩展速率大于径向的扩展速率。     

半解析权函数法求解巴西圆盘问题

提供了一个半解析权函数求解无量纲应力强度因子的方法，这对于求解诸如对径受压圆盘等一类应用问题有着重要的意义。计算了不同裂纹长度和不同裂纹倾角的巴西圆盘的I型和H型应力强度因子，并将半解析权函数法计算结果与其它文献所提供的结果进行了比较，发现吻合较好。     

工字型截面梁角裂纹的应力强度因子分析

工字型梁是工程中最常见的结构之一,其中任何裂纹都将成为结构断裂失效的隐患.带有裂纹的工字型梁是典型的三维有限边界问题,用经典方法求解其裂纹的应力强度因子通常相当困难.采用三维20节点等参元,应用ANSYS大型工程有限元计算软件,对工字型梁4个不同裂纹开裂位置的角裂纹进行应力强度因子计算分析,给出了裂纹长度变化下的应力强度因子变化规律、趋势和曲线,总结了工字梁结构中结构参数对结构应力强度因子的影响规律,该计算结果可作为同类结构损伤容限设计的参考.     

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。     

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。     

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。     

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。     

三维裂纹应力强度因子的一个近似计算方法

本文提出了一个新的计算三维裂纹应力强度因子的近以方法。文中引进了一个概念,即裂纹边界上任一点的应力强度因子值是按不同的方向而改变的,并列出了它们之间的关系式。一个三维裂纹问题于是就可作为一系列分离的平行板片来处理。文中借用现有的二维裂纹问题的解,对两组具有共同裂纹端点的系列板片进行了分析;从而求得三维裂纹应力强度因子沿其裂纹周界的变化曲线。作为应用示例,文中采用本方法求解了一个无限体内埋方形片状裂纹面承受均匀拉伸的问题和一个熟知的、半无限体边界上存在半圆形表面缺陷的问题。     

碾压混凝土坝诱导缝端应力强度因子计算研究

针对碾压混凝土坝双向间隔诱导缝，提出了更加符合实际的Ⅰ型断裂矩形简化分析模型，与一般的椭圆形简化分析模型进行了对比分析．分别采用基于位移法和J积分的应力强度因子三维有限元计算方法，得到诱导缝断面裂纹尖端的应力强度因子．通过对有限元计算结果分析，论述了两种简化分析模型各自特点及适用性；并且对影响诱导缝应力强度因子的因素进行研究，得出双向间隔诱导缝应力强度因子的回归计算公式．其结论对双向间隔诱导缝断裂设计具有一定的参考价值，同时也为诱导缝断裂性能试验研究提供一定的参照依据．     

复合型裂纹应力强度因子的有限元计算

介绍一种计算三维复合型裂纹应力强度因子的外推法,由于裂纹尖端的奇异性,该法采用退化的1/4节点奇异单元,通过近裂尖的几个节点进行应力强度因子的求解,然后根据这些应力强度因子拟合成直线,求得裂纹尖端的应力强度因子。     

考虑温度作用下的半刚性沥青路面的疲劳断裂分析

在断裂力学理论的基础上,采用耦合热应力分析的方法借助三维有限元模型,研究分析了大温差作用下基层带裂缝半刚性沥青路面结构的应力强度因子,并与行车荷载作用下的实验结果进行比较分析。研究表明,随着裂缝长度的增加和实验温度的降低,张开型应力强度因子和剪切型应力强度因子不断增加;与行车荷载相比,低温大温差对路面破坏影响更为严重。研究测算结果显示,本研究对沥青路面疲劳寿命的估算预测方法与实际更为接近。     

基于SBFEM的多裂纹问题断裂分析

多裂纹问题中的应力强度因子是断裂力学中需要计算的重要参数.在子结构法思想的基础上利用比例边界有限元法计算了弹性多裂纹问题的I型裂纹应力强度因子.对于多裂纹的弹性问题根据裂纹的数目确定相似中心的数目,在每一个子块内保持比例边界有限元法的特点.利用该数值技巧可以求解任意多裂纹问题的应力强度因子,数值算例表明该方法是有效且精确的.最后给出了正交各向异性材料双边非对称裂纹问题的计算结果,进而推广了比例边界有限元法的应用范围.     

界面裂纹的Cell-Based光滑有限元法研究

为提高求解含界面裂纹结构断裂参数的精度,基于界面断裂力学和Cell-Based光滑有限元法,提出了求解双材料界面裂纹断裂参数的Cell-Based光滑有限元法,给出了求解应力强度因子的光滑子域交互积分法,对含中心界面裂纹双材料无限板进行了模拟,并与FEM计算结果和解析解进行了对比,讨论了光滑子元数和单元个数与正则应力强度因子的关系及其收敛性.数值算例结果表明该方法具有很好的收敛性和精度,可为研究人员和工程师设计制造多层材料提供必要参考.     

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。     

点群6一维六方准晶中幂函数型曲线裂纹的反平面问题

利用复变函数法,通过引入适当的保角变换,研究了裂纹面受剪切作用下无限大点群6一维六方准晶中幂函数型曲线裂纹的断裂行为,给出了曲线型裂纹在裂纹尖端处应力强度因子公式,得到了裂纹尖端处应力强度因子的解析解.该解析解在幂函数的幂次为零时,可还原为无限大点群6一维六方准晶中Griffith裂纹的结果,证明了其合理性.基于该解析解,得到了一些重要结论.     

钢桥面顶板焊缝处共线双裂纹耦合扩展特性分析

为了研究钢桥面顶板与U肋焊缝处多疲劳裂纹间的耦合扩展效应,结合线弹性断裂力学理论与ABAQUS-FRANC3D交互技术,建立了钢桥面顶板-U肋焊缝处共线双疲劳裂纹的数值分析模型,对比分析了单裂纹和共线双裂纹的裂尖应力强度因子,揭示了裂纹间距、干扰裂纹尺寸对基础裂纹扩展特性的影响规律,并通过足尺节段试验对理论模拟进行了验证. 分析结果表明：共线裂纹相较于单裂纹的应力强化效应不可忽略,而相同尺寸双裂纹代表了多裂纹扩展的最不利情况,且当共线长裂纹的间距与裂纹长度比值s/c小于0.5时,裂纹交互影响因子及其扩展速率受耦合效应影响显著.     

水力压裂中多裂缝间相互干扰力学分析

将复变函数理论与位错理论相结合 ,在考虑了裂缝表面有流体压力作用且裂缝间存在相互干扰的情况下 ,建立了无限大介质中裂尖应力强度因子的数学模型 ,利用该模型可对水力压裂中多裂缝间的相互干扰进行力学分析。假设裂缝沿着垂直于局部最大周向拉应力方向扩展 ,应用数值方法对所建立的数学模型求解 ,得到裂尖的应力强度因子及转角。数值计算结果表明 ,裂缝间存在相互干扰时所产生的剪切应力强度因子远远小于法向应力强度因子。当两个裂缝尖端垂向距离为零时 ,法向应力强度因子达到最大值。两个裂缝尖端没交叠之前裂缝基本沿着轴线扩展 ;当尖端交叠面积较小时 ,两裂尖偏离自己的轴线向避开对方的方向扩展 ;当尖端交叠面积较大时 ,两裂缝向靠拢对方的方向扩展 ,最终将贯通在一起     

直线分布裂纹间距对KI的影响

根据线弹性断裂力学的基本理论和复变函数的方法,分析了无限大板受二向载荷作用时裂纹分布间距对应力强度因子KI的影响,得到影响系数α的解析表达式。     

交通荷载作用下沥青路面裂缝尖端的应力强度因子分析

考虑沥青混合料粘弹性断裂力学行为,对于沥青路面的开裂或反射性裂缝的扩展行为研究具有重要意义.基于粘弹性断裂理论,采用非线性有限元软件ABAQUS,分析交通动荷载作用下不同车速、不同基层模量对含有裂缝路面结构体系的位移场和应力场的影响.计算结果表明:裂缝尖端应力强度因子变化曲线随着车速的增加发生移动,且峰值几乎不变;随着基层模量的增加,应力强度因子增大.在偏荷载作用下裂缝尖端应力强度因子由KⅠ、KⅡ组成,当基层模量较小时裂缝尖端应力强度因子主要表现为KⅡ,随着弹性模量的增加KⅠ增大,KⅡ几乎保持不变.