三维裂纹体应力强度因子的计算

本文采用塌缩三棱柱形奇异单元的位移计算应力强度因子,给出了一个新的全三维外推公式,它是Ｃｈｅｎ和Ｋｕａｎｇ公式〔１３〕的全三维推广,特例证明,它的精度比Ｉｎ－ｇｒａｆｆｅａ和Ｍａｎｕ的公式〔８〕高一阶。数值计算表明,结果稳定和对单元尺寸改变不敏感     

一种计算应力强度因子的奇异元

1 引言众所周知,裂纹尖端是一个应力奇异点,用有限元法计算裂纹尖端的应力强度因子迄今已有多种方法,但这些方法在不同程度上都存在着某些缺陷.文献[1]对国内外研究者在这方面的工作进行了介绍和评述,作者指出:“最有意义的工作是利用等参元获得有适合要求的奇异性的形函数的这一类方法”.为此,本文提出一种计算平面裂纹线弹性应力强     

界面端附近裂纹的应力强度因子

结合材料的断裂形式可分为从界面端产生裂纹（沿界面或向母材内部层折）然后断裂与稍稍离开界面端处产生裂纹然后断裂这两种情况，在金属／陶瓷类结合材料中，后者出现的概率更大，本文利用结合材料界面端的奇异应力场和叠加原理，给出了界面端附近裂纹的应力强度因子近似计算公式，并用边界元数值计算验证了其有效性。     

圆孔附近裂纹应力强度因子的一种简便求法

1.前言交替法的基本原理在文[6]中有详细阐述。从原理上讲,线弹性多连域问题都可用交替法求解,但在实际应用中,交替法的应用范围受到二个因素的限制:一是构成多连域的单连域是否可方便地求解,二是收敛速度。交替法在求裂纹问题中也得到应用,如文[5]用交替法求出了圆盘中的径向单裂纹应力强度因子的精确解。本文将利用一种交替法求圆孔附近的裂纹应力强度因子精确解。求解此问题必须首先知道含一裂纹的无限平面的基本解和含一圆孔的无限平面的基本解,这二个基本解都可利用文[1]求得,因此,用交替法求解圆孔附近的裂纹问题是方便的,其应用范围主要受收敛性的限制。     

混凝土三维裂纹应力强度因子的简化算法

根据混凝土特性,本文提出了一种计算脆性材料三维裂缝应力强度因子的有限元方法,用以分析混凝土结构物中裂缝的稳定性及危害程度.其特点是不需要在裂缝尖端附近区域划分过细的网络,也不用引入特殊尖端单元,便于在工程中使用.本方法曾用于某拱坝坝肩裂缝稳定判别及应力重分布计算,效果良好.     

估算裂纹应力强度因子的新方法

根据裂纹形状与裂纹尖端应力强度因子分布之间的固有关系,在线弹性断裂力学条件下,提出了一种按已知I型裂纹应力强度因子分布规律求裂纹形状及相应应力强度因子的无梯度迭代法. 通过有限厚度、有限宽度板穿透裂纹和表面裂纹的数值模拟实例验证了所提出方法的有效性和实用性,并对不同应力强度因子分布规律对裂纹形状以及相应的应力强度因子大小的影响进行了分析和讨论. 所提出的方法有助于提高实际扩展裂纹应力强度因子的估算精度以及更合理地预测疲劳裂纹形状演化.     

双材料界面裂纹应力强度因子的边界元分析

采用双材料基本解建立边界元法基本方程,计算双材料界面裂纹尖端附近的应用力和位移场。不离散界面,并设置面力奇异四分之一点裂尖单元以提高计算精度。数值结果表明,本文的方法具有较高的精度和效率。     

利用边界单元法求平面问题应力强度因子K_I的应力-位移杂交法

本文提出用裂尖附近2点或3点的应力和位移计算应力强度因子K_I的杂交方法.这种方法充分利用了边界单元法的计算结果,考虑了裂尖应力场和位移场渐近展开式的高阶项,使用远离裂尖的点算出的K_I也有较好的精度,拟合线十分平坦.用算例的结果将杂交法与一般的位移法和应力法进行了比较,同时,对常量单元和线性单元也进行了比较.     

集中载荷下含偏心裂纹椭圆盘的应力强度因子计算

本文采用边界配置方法计算了受集中载荷作用时椭圆盘中偏心裂纹两端的应力强度因子,其中包括椭圆两半轴不同比值。不同裂纹长度和不同偏心程度的情况,在其特例椭圆盘中心裂纹情形,本文结果与Isida一致;在圆盘偏心裂纹情形,本文给出比Rooke等人更好的结果。     

The Analysis of Dynamic Stress Intensity Factor for Semi-Circular Surface Crack Using Time-Domain BEM Formulation

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｔｒａｎｓｉｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒ 3＿Ｄｅｌａｓｔｏｄｙｎａｍｉｃｃｒａｃｋｐｒｏｂｌｅｍｓｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｏｎｔｅｎｔｉｎｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｃｓ.Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓｏｆｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓ,ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆＤＳＩＦｆｏｒ 3＿Ｄｃｒａｃｋｉｓａｐｒｏｂｌｅｍｕｎｓｏｌｖｅｄｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｕｐｔｏｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔ.Ｃｈｅｎ[1]ｆｉｒｓｔｌｙｕｓｅｄｔｈｅｆｉｎｉｔｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ…     

基于应力比值法的V形切口应力强度因子分析

本文基于有限元分析技术建立了一种应力比值方法,用于计算V形切口的应力强度因子。该方法不需要在V形切口尖端采用反映应力奇异性的奇异单元。求解时,首先给定参考问题的广义应力强度因子,然后利用待求问题的应力值与参考问题的应力值之间的比值来求解待求问题的广义应力强度因子。算例采用切口尖端应力方法分析了平板的V形切口问题。计算结果表明,该方法计算精度较高,能够方便地用于求解相关的工程问题。     

求解含钝裂纹体应力场的扩展单元方法

本文基于钝裂纹端部位移场的渐近解和等参元构造方法,开发了一种新的适合钝裂纹端部应力场计算的扩展单元法,为了消除不同单元间的位移不协调又在扩展单元的基础上提出过渡单元.和常规的等参元相比,扩展单元除了以节点位移为待求未知量外,它们额外增加了Ⅰ型和Ⅱ型广义应力强度因子作为未知量.根据这个理论我们编制了有限元的程序并计算了算例,算例表明,在网格较大的情况下,与常规等参元计算方案相比,扩展单元和过渡单元法更好地接近理论值,它具有计算精度高、减少缺陷附近的单元数量和计算时间等优点.     

有限厚度板穿透裂纹前缘附近三维弹性应力场分析

通过三维有限元计算来研究有限宽度、有限厚度含有穿透裂纹板的裂纹前缘应力场，从中找出应力强度因子与板的厚度、裂纹长度之间的关系，同时还分析了裂尖的三维约束程度和三维约束区的大小。分析结果表明：应力强度因子沿厚度的分布是不均匀的，应力强度因子的最大值及其位置与厚度有关；有限厚度板中面应力强度因子(KI)m-p及最大应力强度因子(KI)max均大于平面应力或平面应变的应力强度因子。对有限厚度裂纹问题，按平面应力或平面应变来考虑是不安全的；板中面的应力强度因子(KI)m-p及最大应力强度因子(KI)max是厚度B／a的函数；板的中面离面约束系数Tx最大，自由面(z=B)Tx=0。沿厚度方向裂尖附近的离面约束系数Tx也是z／B和B／a的函数，随着厚度的增加离面约束系数Tx增大，离中面越近离面约束系数Tx越大。Tx随着x的增大急剧减小，三维约束影响区域大小大约为板厚的一半，且裂纹长度a／W对应力强度因子沿厚度变化规律及Tx影响区域大小影响较小。     

应用半权函数法计算界面裂纹的应力强度因子

应用半权函数法求解双材料界面裂纹的应力强度因子，得到以半权函数对参考位移与应力加权积分的形式表示的应力强度因子。针对特征值为复数λ的双材料界面裂纹裂尖应力和位移场，设置与之对应特征值为-λ的位移函数，即半权函数。半权函数的应力函数满足平衡方程，应力应变关系，界面的连续条件以及在裂纹面上面力为0；半权函数与裂纹体的几何尺寸无关，对边界条件没有要求。由功的互等定理得到应力强度因子KⅠ和KⅡ的积分形式表达式。本文计算了多种情况下界面裂纹应力强度因子的算例，与文献结果符合得很好。由于裂尖应力的振荡奇异性已经在积分中避免，只需考虑绕裂尖远场的任意路径上位移和应力，即使采用该路径上较粗糙的参考解也可以得到较精确的结果。     

压电材料平面问题的尖端场和应力强度因子的求解

利用Lekhnitskii理论和Stroh理论的相互联系,把已知的基于Lekhnitskii理论平面应变结果转化为Stroh理论形式的结果,直接获得Stroh公式中A,B的显式表达式,此方法可扩展到平面应力情况,然后导出压电材料平面应变问题的尖端场Williams形式的展开式,采用半权函数法计算有限大压电体平面问题应力和电位移强度因子。对无穷大板含中心裂纹的情况下本文结果和已有结果进行了比较,表明本文方法得到的结果精度可靠。本文方法的最大优点是可以求解有限压电体的应力强度因子,并且需要的单元少,精度高,实用性好。     

一种岩石断裂韧度试样应力强度因子的三维边界元法标定

用三维边界元法(BEM)标定了一种岩石断裂韧度试样的柔度,求出了这种试样的平均无量纲应力强度因子(SIF),并得到了对应于最大载荷时的临界裂纹长度和平均无量纲SIF的最小值.