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     

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。     

计算自增强厚壁圆筒中应力强度因子的权函数法

对于自增强处理过的含有多条裂纹的受内压圆筒，其有效应力强度因子可以通过叠加由内压和压缩残余应力单独引起的应力强度因子而得到。到目前为止，对于局部自增强（超应变度小于１０％）的情况，只有很少的计算结果可以利用，文中用权函数法，对一个大范围的裂纹几何参数和多种超应变度的自增强进行了计算，给出了多条对称裂纹的应力强度因子的数值结果。     

计算自增强厚壁圆筒中应力强度因子的权函数法

对于自增强处理过的含有多条裂纹的受内压圆筒，其有效应力强度因子可以通过叠加由内压和压缩残余应力单独引起的应力强度因子而得到。到目前为止，对于局部自增强（超应变度小于１００％）的情况，只有很少的计算结果可以利用。文中用权函数法，对一个大范围的裂纹几何参数和多种超应变度的自增强进行了计算，给出了多条对称裂纹的应力强度因子的数值结果。     

裂纹柔度法插值函数选择和实验对比

在应用裂纹柔度法计算残余应力的过程中,插值函数对计算结果有较大的影响,分别用勒让德多项式、傅立叶级数和幂级数作为插值函数,用有限元法计算了7075铝合金板固溶处理和矩形梁弯曲后的残余应力,对计算结果作了对比分析,给出了在不同残余应力分布条件下插值函数的最佳收敛阶和计算误差,利用梁弯曲对上述插值函数的特点和应用范围作了进一步说明,为裂纹柔度法的应用提供理论依据.     

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.     

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。     

混合型应力强度因子的光弹性多参数测定

提高裂纹尖端应力强度因子值的计算精度,对于准确分析受力结构的起裂条件和破坏模式具有重要意义.本文采用3D打印技术获得了不含残余应力的平板模型,高精度打印预置裂纹避免了传统加工过程产生残余应力的缺点;综合考虑奇异场和非奇异场对裂纹尖端区域应力场的影响,引入远场边界控制的三个常数项应力,提出了光弹性多参数法;采用三点弯曲试验,运用最小二乘法计算了不同载荷下纯 Ⅰ 型和 Ⅰ-Ⅱ 混合型应力强度因子值,并与理论解对比分析.结果表明:对于纯Ⅰ 型应力强度因子,计算结果的平均误差为6.1%,对于 Ⅰ-Ⅱ 混合型应力强度因子,计算结果的平均误差分别为6.4%和5.5%,多参数法与理论解相比较小的计算误差验证了该方法的可靠性和准确性,可为精确计算应力强度因子的光弹性实验研究提供借鉴.     

埋藏裂纹应力强度因子的有限元分析

采用三维奇异单元模拟裂纹前缘应力应变场的奇异性,建立了计算球形压力容器中埋藏裂纹应力强度因子的有限元模型,有限元分析结果和经验公式计算结果吻合较好,证明所建有限元模型具有较高的准确性和可靠性。通过仿真计算,分析不同因素对应力强度因子的影响,得出了裂纹前缘应力强度因子随裂纹形状、容器壁厚以及裂纹中心与壁厚中心的偏移量与壁厚比值的变化规律。     

波浪载荷作用下海洋结构焊趾表面裂纹的应力强度因子计算

提出一种考虑波浪外载荷影响的应力强度因子计算方法,并通过与权威经验公式进行对比以验证其有效性;在不同的浪向、频率下对某半潜平台立柱与撑杆连接处肘板焊趾表面裂纹应力强度因子幅值进行计算.结果表明:由经验公式所得应力强度因子幅值与实际波浪载荷作用下的结果差别很大;可根据部分计算结果预测不同波浪载荷作用下不同尺寸裂纹的应力强度因子幅值.     

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。     

Physical and Numerical Simulation for Inner Crack Healing in Metals

The research purpose on the healing of inner crack in metallic materials is to provide an effective approach for improving their properties and prolonging their lifetime. The crack healing process of 20MnMo steel with inner pre-crack was analyzed. It was found that all inner cracks could be healed in different degree. There were very fine ferrite grains in healing region. The micro-crack healing process in single crystal of BBC-Fe was simulated by the molecule dynamics method, which showed that the critical temperature of crack healing in BBC-Fe is 673K. There were micro-voids, dislocations and twins left after crack healing.     

石子砂浆界面裂缝发展的实验和仿真研究(英文)

用解析数值方法来确定复合材料内部裂缝发展和外载的定量关系直至破坏阶段，为了确定复合材料裂缝的扩展就需要比较各方向的应力强度因子和相应的断裂韧性并寻找出最弱面。由于裂缝扩展的实验参数保持固定（按工程精度），则数值预测和实验结果吻合良好。对混凝土内部裂缝和宏观力学特性的定量规律研究为混合体强度估算和混凝土力学性能改进提供了新途径。该数值方法也适用于界面裂缝通向沙浆的分析。     

压裂泵泵头体相贯线裂尖应力场及应力强度因子研究*

压裂泵泵头体作为油气压裂工艺的中的关键装备,直接决定了压裂技术的成败,影响油气开采效率和经济效益。针对现有泵头体相贯线处的疲劳开裂失效现状,建立了泵头体有限元分析模型和不同初始长度的圆形裂纹断裂模型,通过分析裂尖应力场和应力强度因子的分布规律。结果表明:内压作用下,泵头体整体仍处于弹性区,只有裂纹面前方两侧的45°~70°区域进入塑性区。相贯线处的裂纹类型虽然为Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合裂纹,但是仍然是I型裂纹主导,裂纹的起始位置位于两个内腔表面。不同裂纹长度,其应力强度因子分布规律基本一致;但是初始裂纹越长,裂纹越容易发生扩展。裂尖附近区域应力分布是影响裂纹起裂的关键因素,但泵头体两个相贯内腔半径也会影响裂纹起裂。通过分析泵头体裂尖应力场和应力强度因子,可以更好了解泵头体疲劳开裂原因和裂纹起裂位置,为泵头体的工程应用提供理论依据。     

圆环域裂纹端应力强度因子的光弹法测定

本文采用光测弹性力学的方法测出内压圆环带二条径向裂纹时的应力场.根据裂纹尖端附近的等差线条纹,计算了裂纹尖端的应力强度因子.并提供一种实现圆环内壁受压的新方法,即在圆环内侧放一过盈芯棒.     

中压气罐焊缝内裂纹分析

本文采用射线、超声波、磁粉、硬度及金相分析等手段,综合分析了20g中压气罐焊缝内裂纹的性质,结果表明,焊缝内裂纹是原始裂纹、未消除尽的残余裂纹在焊接热循环作用下长大及焊接热循环作用产生的液化裂纹并延伸到新焊缝中而形成的.     

管道轴向双裂纹夹角对尖端应力强度因子的影响

管道裂纹应力强度因子的分析是裂纹是否扩展判断和管道疲劳断裂计算的关键.应用通用有限元软件ANSYS对不同管道外径、裂纹尺寸、不同夹角下含轴向双裂纹管道裂纹尖端应力强度因子进行了计算.结果表明,管道和裂纹尺寸确定时,裂纹尖端应力强度因子随裂纹间夹角增大而增加;管道尺寸确定时,随着裂纹长与壁厚比增加,夹角对裂纹尖端应力强度因子影响增强.通过分析夹角对双径向裂纹应力强度因子的影响,为工程实际中合理地判断裂纹扩展可能性和精确地进行管道疲劳断裂计算提供参考.     

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．