计算St.Venant扭转时K_Ⅱ的任意高阶奇应变单元

Wilson W.K.提出的高阶奇应变圆单元(SSC)把有限单元法和裂纹尖端附近的线弹性解析解结合起来,能够成功地计算应力强度因子K_Ⅰ或K_Ⅱ.Holston A.Jr.进一步用奇应变单元来计算混合型应力强度因子K_Ⅰ K_Ⅲ。至于用奇应变单元来计算应力强度因子K_Ⅲ,原则上也是类同的,Hilton P.D.有过介绍。郑州机械研究所曾用来计算转子受扭时内孔的径向裂纹的K_Ⅲ。但是他们所     

用自然三角形单元计算应力强度因子

用有限元法计算应力强度因子的各种奇异元中,由八节点或十二节点的四边形等参数单元所派生的奇异元最为简单,因为这种单元就是原有的等参数单元,无须程序变动,只要适当地改变裂纹顶点单元的边中点的坐标,就可使应变具有γ~(-1/2)的奇异性。这种单元是协调单元,满足收敛准则,当有人提出过渡单元概念以后,使计算结果更为精确,因此,这种单元是工程中广泛应用的一种计算应力强度因子的奇异元。与四边形等参数单元相应的一族单元是自然三角形单元。下面证明六节点的二次三角形单元和十节点的三次三角形单元,尽管它们的形状函数与上述四边形二次和三次单元通过一边收缩成一点而成的三角形单元的形状函数不同,但通过边上点取与上述等参数单元相同的位置,也可得到角点的应变具有γ~(-1/2)的奇异性。不同的是,对于六节点     

计算应力强度因子的奇异等参单元

用有限单元法计算裂纹顶端应力强度因子,来反映顶端应力的奇异性,导致于裂纹顶端特殊单元的应用发展很快。当反映裂纹顶端应力奇异性的奇异元与外围普通元混合运用时,奇异元有一最佳尺寸。对于不同的问题,最佳的单元尺寸也不同,这就是说,裂纹顶端单元的尺寸对计算结果有明显影响。如果裂纹顶端单元太大则计算误差大;如     

直接增强自然单元法计算应力强度因子

自然单元法是一种新兴的无网格数值计算方法,但应用于裂纹问题计算时,其近似函数并不能准确反映裂纹尖端渐进应力场的奇异性,为获得足够的计算精度,需要在缝尖附近增大结点的布置密度。针对裂纹问题提出一种增强的自然单元法,将缝尖渐近位移场函数嵌入到自然单元法近似函数中,给出了增强试函数的构造方法,推导了总体刚度矩阵和荷载列阵的相关列式。应力强度因子可以作为附加未知量直接算得,也可用J积分或相互作用能量积分方法进行计算,对增强区域的选择和影响进行了分析。算例结果表明,基于增强自然单元法采用围线积分方法计算应力强度因子具有很高的精度,但直接以附加结点自由度形式计算则精度有所降低。     

Reissner型板裂纹尖端应力应变场及应力强度因子计算

本文采用考虑横向剪应变的Reissner理论,给出了含裂纹平板在弯曲情况下裂纹尖端应力应变场的一般解。作为算例,应用此展开式对于在对称和反对称情况下的有限尺寸板进行了应力强度因子计算并给出相应的曲线。     

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.     

分区混合有限元法计算反平面复合材料切口应力强度因子

本文先推导反平面复合材料切口尖端位移多应力场,然后用分区混合有限元法计算切口应力强度因子。     

V形切口问题应力强度因子的计算

本文讨论了V形切口问题的特征方程实根数与切口角度的关系;用边界配置法求得了四点剪切V形切口梁复合型应力强度因子的系列结果,并得到了计算K_Ⅰ,K_Ⅱ的经验公式;提出了用边界元法结合边界配置法以及用Muskhelishvili复应力函数法计算V形切口问题应力强度因子的方法,成功地计算了无限域中方孔凹角处的应力强度因子。     

含中心裂纹任意截面柱体扭转时的应力强度因子计算

本文提出了一组应力函数,采用边界配置方法计算了含中心裂纹不同截面形状柱体扭转时的应力强度因子。有关椭圆截面柱体的算例表明,本文方法具有良好的精度。同时,文中给出了圆、椭圆和矩形等不同截面柱体的计算结果。     

任意多孔多裂纹有限大板的应力强度因子分析

采用各向异性体平面弹性理论中的复势方法,以Faber级数为工具,应用保角映射技术和最小二乘边界配点法,导出内边界条件精确满足,外边界条件近似满足的含多椭圆孔及裂纹群有限大板在任意载荷作用下的应力场、位移场的级数解,建立了任意多椭圆孔及裂纹群有限大板应力强度因子的有效分析方法,讨论了各参数对裂尖应力强度因子及孔边应力集中的影响．数值结果表明,该方法具有计算精度高、收敛速度快、方便快捷等优点,有利于全面系统地研究各参数对结构断裂性能的影响．     

平面应力中临界应力强度因子的厚度效应

本文利用原平面应力问题解的非协调性,研究了Ⅰ型裂纹前缘应力场的问题。结果指出,在裂纹尖端处因非协调性所引起的奇异特征是不容忽视的。文中讨论了临界应力强度因子的厚度效应并给出了一个定量关系式。     

用有限单元法计算具有对称轴向双裂纹自增强厚壁圆筒的应力强度因子

本文研究了在自增强残余应力下,具有对称轴向双裂纹的厚壁简的应力强度因子的计算方法。文中采用了符合厚壁筒材料具有强化和包辛格效应实际性能的厚壁简自增强残余应力计算公式,通过叠加和等效载荷处理用有限单元法计算了残余应力对应的强度因子。本文的方法对具有自相平衡的残余应力结构的K1计算都有参考价值。     

周期界面裂纹反平面问题的动态应力强度因子

在研究动载荷作用下复合材料层板结构的安全与可靠性问题以及在抗震设计中关于地层裂缝的运动等问题中,都与界面裂纹有关。本文研究了分布于两个半空间之间的周期界面裂纹在反平面剪切波作用下裂纹尖端应力强度因子的动态特性。文中利用有限 Pourier变换,将在一个周期带内的边值问题转化成求解一个带周期性奇异核的积分方程,再借助于Chebyshev 多项式求得问题的级数解,最后分析了应力场在裂纹尖端的奇异性,得到了裂纹尖端动态应力强度因子的计算公式,并通过数值计算给出了应力强度因子随入射波频率变化的特性曲线。     

正交各向异性平面问题应力强度因子的边界元分析

本文给出了正交各向异性平面弹性问题的边界元方程，导出了常单元离散化时求系数的解析式。作为数值算例，计算了正交各向异性板的应力强度因子。结果表明，本文所导出公式的正确性。     

孔洞对平面裂纹应力强度因子影响分析的广义参数Williams单元

本文采用圆形奇异区广义参数Williams单元（W单元）建立了中心裂纹与圆孔共存的平面应力模型,奇异区外围利用ABAQUS有限元软件自动网格离散技术与FORTRAN95编程前处理相结合,克服了自主编程中网格离散的局限性．算例分析了圆孔位置和几何参数对I-II混合型裂纹尖端应力强度因子(SIFs)的影响,并与扩展有限元法(XFEM)计算结果进行比较．结果表明：靠近圆孔一侧的裂尖SIFs大于远离圆孔一侧的裂尖SIFs;控制圆孔左边缘到裂纹中心的距离,则两侧裂尖SIFs随圆孔半径的增大而增大;圆孔中心与裂纹中心水平距离越远,圆孔对裂纹扩展的影响越小．同时,基于圆形奇异区的W单元直接计算得到的裂尖SIFs与扩展有限元法得到的解吻合较好,证明了W单元对奇异区离散形状不敏感,且具有高效率和高精度．     

含轴向裂纹柱壳裂纹尖端应力应变场及应力强度因子计算

本文从Reissner圆柱壳理论出发,应用摄动法获得了含轴向裂纹圆柱壳裂纹尖端应力应变场(包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型),并进一步应用Local-Global方法对不同尺寸块壳的应力强度因子进行了计算分析,同时对工程中常用的鼓胀系数进行了计算和分析讨论。计算结果表明,对于a/h较大的情况,经典公式是适用的,若a/h不太大时,经典理论将带来较大误差,本文给出了考虑剪切刚度影响的鼓胀系数的一些数值范围。