热机载荷作用下三维界面裂纹问题的权函数法分析

热机载荷共同作用下双材料和复合材料中的裂纹扩展往往发生在界面处,并且工程中实际遇到的裂纹大多数是三维裂纹.由于通用权函数仅仅与裂纹体的几何形状有关,与载荷、时间无关,因此在求解复杂冲击载荷下界面裂纹应力强度因子随时间的变化过程时,避免了反复的应力分析,计算效率得到提高.根据Betti互易原理,论文推导出三维界面裂纹问题通用权函数法的普遍表达式,并给出了热机载荷共同作用下三维界面Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型裂纹问题通用权函数法的有限元格式.通过与实例计算比较,表明此方法得到的结果可以达到满意的工程应用精度.     

界面裂纹问题中的通用权函数法

热载荷和机械载荷共同作用下复合材料中的裂纹扩展往往发生在界面处.传统求解热冲击及机械载荷共同作用下界面裂纹尖端的应力强度因子的数值方法(如有限元、边界元法等),计算工作量大、效率低.通用权函数与时间无关,运用通用权函数法可以免除对每个时刻的应力分析,计算效率可得到很大提高.本文将通用权函数法推广到求解热载荷和机械载荷共同作用下界面裂纹尖端的应力强度因子过渡过程的问题中,推导出求解平面双材料界面裂纹问题应力强度因子的通用权函数法计算格式.基于此格式,计算热载荷和机械载荷共同作用下界面裂纹尖端的应力强度因子.通过实例计算比较,表明此方法得到的结果可以达到与相互作用积分法相当的工程应用精度.最后,应用此方法研究了热障涂层受热冲击及表面力共同作用时裂纹长度以及涂层厚度对应力强度因子的影响.结果表明:在一定边界条件下,当热障涂层中存在边缘裂纹时,随着涂层厚度的增加,更容易导致裂纹的扩展和涂层的剥落.     

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。     

求解界面裂纹应力强度因子的高次权函数法

从界面裂纹完备的特征展开式出发,利用伪正交特性,提出了计算界面裂纹特征展开式系数和应力强度因子的高次权函数法.文中计算的均匀材料应力强度因子,与已有结果吻合得非常好.并给出了界面裂纹的应力强度因子K1/K0和K2/K0随材料弹性模量比及裂纹长度的变化.     

小角裂纹应力强度因子的权函数解

本文把作者近年来发展的三维权函数法推广应用于平板角裂纹问题,计算了含小角裂纹的平板受远方拉伸及弯曲载荷下的应力强度因子,所提供的解答覆盖了疲劳断裂的研究及工程应用中所关心的小角裂纹的范围。本文的解与文献中的有限元结果进行了广泛的比较,两者之间有极好的一致性。     

圆筒内壁轴向裂纹的权函数和应力强度因子

圆简内壁轴向裂纹的应力强度因子是对压力容器、管道和旋转体等重要部件进行断裂分析的关键参量.以往求解这类问题的方法,主要是修正的保角变换一配位法和奇异积分方程法.这些方法一般都要作复杂的推导和计算,工作量大,而且对于多变的受载情况的适应能力差.权函数法为解决上述困难提供了一个较为理想的手段,但早期的权函数解一般都不是以解析形式出现的,因此难以推广使用.本文根据作者在文[4]中     

界面裂纹问题中的权函数方法

本文将Ｐａｒｉｓ等确定均匀材料中裂纹尖端应力强度因子的权函数方法推广应用到界面裂纹问题，给出了界面裂纹尖端附近或无限大体半无限界面裂纹问题的权函数的显式表达式。利用此权函数表达式可以很简便地求解界面裂纹尖端附近一些外来作用引起的应力强度因子，比如任意分布力、相变应变、位错和热等。作为一个算例，本文计算了界面一侧一个刃型位错引起的应力强度因子。     

焊接节点半椭圆表面裂纹应力强度因子的权函数计算

本文采用一种改进的权函数法来计算焊接节点半椭圆表面裂纹应力强度因子ＫＩ值，并给出了相应的数值处理方法，就Ｔ型板节点进行了数值验算。     

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     

运动载荷下的三维裂纹应力强度因子

本文分析了无界弹性体中含一半平面一裂纹， 在裂纹面上受运动的复型冲击集中载荷的三维应力强度因子历史。求得了Ⅱ、Ⅲ型复合强度因子精确解。求解方法基于积分变换法、Ｗｉｅｎｅｒ－Ｈｏｐｆ技术以及Ｃａｇｎｉａｒｄ－ｄｅ Ｈｏｏｐ变换。本文还给出了若干数值结果并对解的性质进行了一些讨论。     

一种计算三维裂纹应力强度因子的新方法

构造了一种新的三维奇异单元,提出了一种有效计算三维裂纹应力强度因子新的数值方法。该方法的计算结果与理论解和Newman解结果一致;与Panson等方法相比所使用的自由度数大大减小。结果表明该方法是一种高效、稳定可靠的计算方法。     

热冲击应力强度因子过渡过程分析的热权函数法

热权函数法利用温度与热权函数的乘积的积分来直接计算热冲击过程中裂纹尖端的应力强度因子过渡过程。热权函数与时间τ无关。由于免除了对每一时刻τ所需作的有限元或边界元分析,计算过程大大简化,计算效率得到极大的提高。本文将热权函数与有限元法直接耦合,给出了基于刚度阵导数法和Gauss-Chebyshev积分的热权函数计算格式。实例计算表明,本文给出的热权函数计算格式具有满意的计算精度。     

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。     

汽轮机叶片静态和动态应力的三维有限元分析

提出了一种三维实体混合单元模型来分析汽轮机叶片静肪的动态应力。考虑到转动叶片的刚性变化,静应力的计算采用了非线性方法,在分析叶片的动频后,应用模态迭加法计算了叶片的响应,得到了叶片的动态应力。从文中的实际叶片算例可以看出,所提供的分析模型可以精确直观地反映叶片的静态和动态应力状况,为工程中实际中片地固有频率和静动应力分析提供了强有力的工具。     

Method to Calculate Bending Center and Stress Intensity Factors of Cracked Cylinder Under Saint-Venant Bending

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓ[1],ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎａｌｔｏｒｓｉｏｎｉｎａｔｈｉｎ＿ｗａｌｌｅｄｃｙｌｉｎｄｅｒｗｉｔｈｏｐｅｎｃｒｏｓｓ＿ｓｅｃｔｉｏｎｕｎｄｅｒｂｅｎｄｉｎｇｂｙａｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｆｏｒｃｅ,ｉｔｉｓｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｔｏｒｅｍｏｖｅｔｈｅｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｆｏｒｃｅａｔｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｃｅｎｔｅｒ.Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅａｎａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｍｅｔｈｏｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅ…     

有限尺寸下双材料界面附近裂纹位置对裂纹尖端的影响

随着复合材料的应用和发展,不同材料组成的界面结构越来越受到人们的重视.界面层两侧材料的性能相异会引起材料界面端奇异性,同时界面和界面附近存在裂纹会引起裂尖处的应力奇异性.因此双材料界面附近的力学分析是比较复杂的.论文建立双材料直角界面模型,在材料界面附近预设初始裂纹,计算了有限材料尺寸对界面应力场及其附近裂纹应力强度因子的影响.运用弹性力学中的Goursat公式求得直角界面端在有限尺寸下的应力场以及其应力强度系数.通过叠加原理和格林函数法进一步得到在直角界面端附近的裂纹尖端应力强度因子.计算结果表明,在适当范围内改变材料内裂纹与界面之间的距离,界面附近裂纹尖端的应力强度因子随着裂纹与界面距离的增加而减少,并且逐渐趋于稳定.分析结果可以为预测双材料结构复合材料界面失效位置提供参考.     

Study of Crack Interaction Effects Under Thermal Loading by Digital Photoelasticity and Finite Elements

Experimental Mechanics - The effect of an interacting internal crack on the edge crack in a transient thermal stress field is evaluated using digital photothermoelastic experiments and finite...     

Controlling Stress Intensity Factors During a Fatigue Crack Propagation Using Digital Image Correlation and a Load Shedding Procedure

Digital Image Correlation is used for controlling load shedding fatigue crack propagation. A specific algorithm is used to perform Stress Intensity Factors (SIFs) and crack length estimation in real time. Crack length measurements are validated by comparison with potential drop technique. SIFs results are compared with more common techniques using standard analytical formula considering confined plasticity at the crack tip. The proposed non-contact method is shown to be a powerful tool to control crack propagation.     

使用焦散线法与光弹法测定三维裂纹混合型应力强度因子

本文介绍了将焦散线法与应力冻结，“解冻”技术相结合，使焦散线法用于测量三维体内部裂纹前缘应力强度因子的实验方法，并针对复杂应力状态下三维裂纹前缘的不同应变奇异场，合理地综合运用焦散线法与三维光弹法，实际测量与分离了三维裂纹前缘混合型应力强度因子。