老龄化结构表面裂纹间相关性分析与研究

采用有限元方法对表面含有两个不同大小半椭圆裂纹的有限厚矩形板在拉伸载荷作用下进行参数化求解,得到两裂纹取不同尺寸和位置坐标时附属裂纹(尺寸较小裂纹)对主导裂纹(尺寸较大裂纹)前沿参考点($\theta= 0, \pi/2, \pi $)处的应力强度因子的影响系数$\beta$, 然后结合神经网络技术建立了相邻裂纹尺寸和位置参数到主导裂纹前沿点处$\beta$的多变量非线性映射关系.     

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采用C-Mn钢韧断机理的研究成果与点缺陷在应力场中的迁移运动规律, 分析了在高温下, 空
位对韧性断裂的微观过程的影响, 建立了中温范围内断裂韧度$J_{\rm IC}$和温度$T$的关系. 在
此基础上对多种压力容器钢断裂韧度的实验数据进行了分析, 最后验证了模型的合理性.     

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根据岩心实验提出了两参数的非线性渗流方程,并在此基础上结合Buckly-Leverett 方程建立了非线性非混相驱替方程. 通过对该方程求解分析可知,与线性达西渗流相比,非 线性渗流的驱油相率较差;同一含水饱和度下的含水率更高;而储层中各点的压力梯度更大, 导致所需注采压差更大. 说明有效的开发低渗透油藏需要比中高渗油藏更小的井距和更高的 注采压力体系.     

拉伸载荷作用下共面表面裂纹间应力强度因子影响系数的有限元分析

采用参数化有限元方法,结合节点力法和循环迭代算法,对一有限厚矩形板表面有两个相邻共面半椭圆表面裂纹在拉伸载荷作用下进行了求解,得到了两裂纹在不同形状和相隔距离时的应力强度因子的影响系数,计算结果对含三维广布裂纹结构的剩余强度和疲劳寿命有参考意义.     

求解混合型裂纹应力强度因子的围绕积分法

本文用复变函数理论推导出裂纹的辅助场，并用Ｂｅｔｔｉ功互等定理给出求解混合型裂纹应力强度因子的远场围绕积分法，此方法与积分路径的选择无关，用有限元法计算出远离裂纹尖端的位移场和应力场，就可通过计算绕裂端的围线积分，精确地给出混合型裂纹的应力强度因子Ｋ１和Ｋ１的数值解。     

求解界面裂纹应力强度因子的围线积分法

本文基于Ｂｅｔｔｉ功互等定理和双材料界面裂纹辅助场，提出了一种求解界面裂纹应力强度因子的方法，即远场围线积分法。此方法与积分径的选择无关，用有元元法计算出远离裂纹尖端的位移场和应力场，应可通过计算绕裂尖围线的积分，精确地给出界面裂纹应力强度因子ＫＩ和ＫⅡ。     

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提出了一种采用有限元法计算钢管混凝土受剪时等效剪切模量的方法,并对该方法 的正确性进行了验证;在分析了各种因素对等效剪切模量影响的基础上,给出了圆形和方形 钢管混凝土受剪时等效剪切模量的简化计算公式;与其他得到钢管混凝土剪切模量的方法进 行比较,分析了结果不同的原因,表明对钢管混凝土采用有限元计算研究其等效剪切模量的 方法更为合理.     

残余应力下厚壁筒表面裂纹的应力强度因子计算

本文首先介绍了边界元法计算裂纹尖端应力强度因子的基本理论,接着利用边界元法计算了在残余应力下不同厚壁筒内表面椭圆裂纹的应力强度因子,研究了其大不随椭圆裂纹不同而变化的规律,为厚壁筒结构的设计,制造以及疲劳寿命分析提供了许多有价值的参考资料。     

航空发动机压气机叶片振动疲劳裂纹扩展规律研究

以某型航空发动机压气机2级转子叶片为例,研究了叶片的振动疲劳裂纹扩展规律。研究过程中,首先利用有限元方法分别计算了试验状态与工作状态下叶片振动导致的裂纹尖端应力强度因子范围随裂纹长度的变化;试验研究了裂纹扩展速率与裂纹长度的关系。之后,综合计算结果和试验结论,得出叶片试验状态与工作状态下的裂纹扩展规律,并与Paris公式进行了比较,发现叶片的振动疲劳裂纹扩展速率dad N是与裂纹长度a和裂尖应力强度因子范围IΔK相关的多项式,而Paris公式不能描述叶片的振动疲劳裂纹扩展现象。研究结论可进一步确定叶片的损伤容限、确定合理的叶片检修周期,为保障飞行安全奠定基础。     

冲击载荷下两裂纹间的连通规律

脆性材料内部含有大量裂纹,当某一裂纹扩展时,其他裂纹会对扩展裂纹产生影响。为了研究冲击载荷下,脆性材料内两裂纹的相互影响、连通规律及裂纹尖端应力强度因子的变化规律,利用有机玻璃板制作了含非平行双裂纹的实验试件,利用落板冲击设备进行了中低速冲击实验,结合有限元分析软件ABAQUS计算出裂纹尖端应力强度因子,利用有限差分软件AUTODYN进行了动态数值模拟研究,并将其模拟结果与实验结果进行对比分析。实验及模拟结果表明：裂纹破坏形态与AUTODYN数值模拟破坏形态基本一致;试件的断裂形态随着两裂纹间距不同而不同;裂纹间的相互影响程度随着裂纹间间距增大而减小;裂纹尖端应力强度因子K_I随着裂纹间距的增大而减小,而K_II随着裂纹间距增大而增大。

     

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.     

SEMI-ELLIPTIC SURFACE CRACK IN AN ELASTIC SOLID WITH FINITE SIZE UNDER IMPACT LOADING

In this paper a semi-elliptic surface crack problem in an elastic solid of finite size under impact loading is investigated. An analysis is performed by means of fracture dynamics and the finite element method, and a three-dimensional finite element program is developed to compute the dynamic stress intensity factor. The results reveal that the effects of the solid's boundary surface, crack surface, material inertia and stress wave interactions play significant roles in dynamic fracture.     

基于区间分析的工程结构不确定性研究现状与展望

随机分析方法、模糊分析方法是已经广泛使用的工程结构不确定性分析方法, 近年来区间分析方法逐渐为人们所熟知并成为是一种新的工程结构不确定性分析方法,它主要用来研究具有区间特性的工程结构. 区间分析方法在统计信息不足以描述不确定参数的概率分布或隶属函数、工程单位仅提供不确定参数的区间范围而想获得结构响应的区间范围时就发挥了其优点. 综述了区间分析方法及其在工程结构不确定性分析中的应用状况, 将基于区间分析的工程结构不确定性问题研究归结为以下4个方面: 不确定性结构系统的区间有限元分析; 基于区间的非概率可靠性分析; 工程结构区间反演分析; 基于区间参数的结构优化设计. 分析评价了国内外在这几个方面的研究成果及其最新进展, 同时指出目前研究中存在的问题和研究的方向.      

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．     

一种XFEM断裂分析的裂尖单元新型改进函数

提出了一种适用于裂尖改进单元的新型改进函数, 基于三角变换的方法, 保留裂纹尖端场的应力奇异性和裂纹上、下表面的位移不连续性, 将常规扩展有限元法裂尖改进单元的4 项改进函数缩减为2 项, 裂尖改进单元的结点由常规的8 个改进自由度减少为4 个. 采用2 个正交的水平集函数表征材料内部裂纹面, 详细阐述了改进单元类型的判别方法, 给出一种改进单元的分区域积分方案. 最后, 若干断裂力学问题经典算例的数值计算结果表明:建议的裂尖改进函数具有较高的数值精度, 该方法是十分有效的.     

任意多椭圆孔多裂纹无限大板的应力强度因子与M积分

基于弹性力学中平面问题的复势方法,应用保角映射技术,以Faber级数为工具,导出含任意多椭圆孔及裂纹群无限大板在任意载荷作用下其应力场和位移场的级数解,并在此基础上计算了任意多裂纹板的应力强度因子和M积分,数值结果表明,该方法具有计算精度高、收敛速度快、方便快捷等解析法特有的优点.通过算例分析了不同裂纹倾角时M积分值随载荷方向的变化关系,并讨论了裂纹长度、裂纹间距及裂纹倾角等参数对应力强度因子的影响规律,获得了一些重要结论.     

WELD ROOT MAGNIFICATION FACTORS FOR SEMI-ELLIPTICAL CRACKS IN T-BUTT JOINTS

Many researchers have focused their efforts on fatigue failures occurring on weld toes. In recent years, more and more fatigue failures occur on weld roots. Therefore, it is important to explore the behaviour of weld root fatigues. This paper investigates numerically the Magnification factors (Mk) for types of semi-elliptical cracks on the weld root of a T-butt joint. The geometry of the joint is determined by four important parameters: crack depth ratio, crack shape ratio, weld leg ratio and weld angle. A singular element approach is used to generate the corresponding finite element meshes. For each set of given four parameters of the semi-elliptical root crack, the corresponding T-butt joint is numerically simulated and its Mk at the deepest point of the weld root crack is obtained for the respective tension and shear loads. The variation range of the four parameters covers 750 cases for each load, totaling 1500 simulations are completed. The numerical results obtained are then represented by the curve to explore the effects of four parameters on the Mk. To obtain an approximate equation representing Mk as a function of the four parameters for each load, a multiple regression method is adopted and the related regression analysis is performed. The error distributions of the two approximate equations are compared with the finite element data. It is confirmed that the obtained approximate functions fit very well to the database from which they are derived. Therefore, these two equations present a valuable reference for engineering applications in T-butt joint designs.