表面裂纹问题瞬态响应的边界元分析

本文将拉氏变换-边界元法用于表面裂纹问题的瞬态响应分析。文中讨论了拉氏反演参数的选择和动态应力强度因子的计算方法。作为程序的考核和离散方案的选择,分别地计算了水平柱体一端固定、另一端受p(t)=poH(t)载荷时的位移响应和具有贯穿裂纹的厚板在两种离散方案时的动态应力强度因子响应。最后,还计算了若干载荷工况的半圆表面裂纹板应力强度因子的瞬态响应,获得了有效的数值结果。     

应力梯度不均匀时平板表面裂纹的应力强度因子

本文采用考虑裂纹面上具有任意分布载荷的线弹簧模型,在Kirchhoff板弯曲理论的假设下,将含半椭圆型表面裂纹的平板问题化为一组耦合的积分方程组进行求解,对均匀拉伸和纯弯曲两种载荷作用下的应力强度因子数值解,同经典线弹簧模型和有限元解进行了比较,并给出了经典线弹簧模型不能得到的、裂纹面上承受幂次不均匀应力分布时应力强度因子的数值解.     

含内埋裂纹的板条瞬态响应分析

利用线弹簧模型求解了阶跃载荷作用下含内埋裂纹的无限长板条问题,对采用基于线弹簧模型的解析方法求解三维裂纹动态问题作了有益的探索.定性解释了动态线弹簧采用静态线弹簧本构关系的可行性,通过积分变换方法,导出了描述内埋裂纹板条动态问题的Cauchy型奇异积分方程.进行了数值计算,对模型应用的合理性作了理论解释,并对内埋裂纹板条瞬态响应的影响因素作了细致的分析.     

双轴载荷作用下源于椭圆孔的分支裂纹的一种边界元分析

利用一种边界元方法来研究双轴载荷作用下无限大板中源于椭圆孔的分支裂纹.该边界元方法由Crouch 与 Starfied 建立的常位移不连续单元和笔者提出的裂尖位移不连续单元构成.在该边界元方法的实施过程中,左、右裂尖位移不连续单元分别置于裂纹的左、右裂尖处,而常位移不连续单元则分布于除了裂尖位移不连续单元占据的位置之外的整个裂纹面及其它边界.文中算例说明本数值方法对计算平面弹性裂纹的应力强度因子是非常有效的.该文对双轴载荷作用下无限大板中源于椭圆孔的分支裂纹的数值结果进一步证实本数值方法对计算复杂裂纹的应力强度因子的有效性,同时该数值结果可以揭示双轴载荷及裂纹体几何对应力强度因子的影响.     

裂缝分析的比例边界有限元与有限元耦合的虚拟结构面模型

比例边界有限元法SBFEM(Scaled Boundary Finite Element Method)是一种半解析数值方法,在裂缝分析特别是强度因子计算上具有相当高的精度。本文提出了一种用于裂缝分析的基于虚拟结构面的SBFEM与常规FEM的耦合分析方法。首先选取裂缝周边一定范围的计算域,并将结构分成不含裂缝区域和含裂缝区域两部分。然后,对不含裂缝区域,采用FEM进行网格离散;对含裂缝区域,采用SBFEM进行网格离散;两者相互独立,在这两个域内,分别采用各自相应的位移模式。最后通过在SBFEM网格的外边界设置虚拟耦合结构面的模式,实现有限元网格和比例边界有限元网格的耦合。通过两个经典的含裂缝平板的算例研究,探讨了本文方法在I型开裂和混合型开裂分析中,影响应力强度因子精度的因素。算例表明,SBFEM具有的降维和半解析性质,使本文方法在裂缝分析中的前处理简单易行,且计算结果具有相当高的计算精度。     

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.     

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。     

断裂力学的相似边界元法及其应用

首先对弹性力学的相似边界元法进行了研究,推导了相应的计算公式.与传统的边界元法相比,相似边界元法由于只需在少数单元上进行数值积分,当边界单元数目较多时大大减少了计算量.在此基础上,将相似边界元法应用于断裂力学,对路面断裂力学问题进行了计算,与有限元法的结果比较,说明了本文方法在减少计算量的情况下仍能较好地保证精度.     

空心车轴不同深度表面裂纹应力强度因子研究

分析了空心车轴的旋转弯曲载荷的特点,建立了空心轴表面周向半椭圆裂纹的模型,给出了半椭圆裂纹的构形参数定义,即形状比、深度比和裂纹前缘相对位置。采用四分之一20节点等参退化奇异单元,通过有限元计算,模拟裂纹前沿的应力奇异性。在此基础上,计算了裂纹前缘表面点和中心点的应力强度因子随着裂纹扩展深度和旋转角度的变化。计算结果表明,对于给定的裂纹构形,在车轴的一个载荷循环中,裂纹前缘同一相对位置的应力强度因子是不断变化的,不同位置的应力强度因子在达到最大值的角度也是不同的,这就导致了裂纹前缘表面点在一些角度下的扩展是不对称的。这些结果为进一步研究空心轴表面裂纹的扩展路径和寿命提供了参考。     

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。     

脆性岩石断裂破坏机理的边界配位法分析

针对裂纹表面承受载荷时的应力条件,提出了新的应力函数,该应力函数对于各种裂纹模型、各种边界条件、各种边界形状、裂纹表面自由或承受均布载荷等均适用．并利用边界配位法,计算了在压缩载荷下,岩石内部裂纹的应力强度因子（ＳＩＦ）,给出了关于岩石断裂破坏的一些新结论     

NEW BOUNDARY ELEMENT METHOD FOR TORSION PROBLEMS OF CYLINDER WITH CURVILINEAR CRACKS

The Saint-Venant torsion problems of a cylinder with curvilinear cracks were considered and reduced to solving the boundary integral equations only on cracks. Using the interpolation models for both singular crack tip elements and other crack linear elements, the boundary element formulas of the torsion rigidity and stress intensity factors were given. Some typical torsion problems of a cylinder involving a straight, kinked or curvilinear crack were calculated. The obtained results for the case of straight crack agree well with those given by using the Gauss-Chebyshev integration formulas, which demonstrates the validity and applicability of the present boundary element method.     

基于子模型法的带有表面裂纹钢丝应力强度因子研究

钢丝裂纹应力强度因子是进行钢丝疲劳断裂寿命评估、疲劳裂纹扩展分析和钢丝断裂强度评估等工作的重要参数。本文首先介绍了裂纹扩展分析软件FRANC3D,然后基于子模型法模拟研究了拉伸荷载作用下带有表面裂纹钢丝的应力强度因子,裂纹种类包括直线形裂纹和半圆形裂纹,最后拟合得到拉伸荷载作用下带表面裂纹钢丝的应力强度因子形状修正系数表达式,分析了利用该公式进行承载力评估时产生误差的原因。研究结果表明,利用子模型模拟分析拉伸荷载作用下带有表面裂纹的钢丝应力强度因子时计算精度高,计算速度快,对计算机硬件要求低;利用该方法得到的钢丝裂纹应力强度因子,在进行索承式桥梁吊索安全性能评估时,评估结果更精确。     

Reissner型板表面裂纹应力强度因子的线弹簧-不连续位移边界积分方程解法

本文由Reissner型板的不连续位移基本解,根据Betti互换定理,导出了Reissuer型板的不连续位移边界积分方程;结合平面问题的不连续位移边界积分方程─—边界元方法和线弹簧模型,给出了Rrissner型板表面裂纹应力强度因子的线弹簧-不连续位移边界积分方程解法。     

残余应力对压力容器破坏模式的影响分析

破前漏(简称LBB)是压力容器、核电站设备结构设计与评价中的一个重要准则.表面裂纹准静态扩展的几何形貌变化规律的预测是破前漏(LBB)评判十分重要的课题之一.本文对特定焊接残余应力场加载作用下,含三维表面裂纹的压力容器模型,用有限元软件(ABAQUS)进行了表面裂纹准静态扩展模拟计算,得到在此残余应力场作用下应力强度因子沿裂纹前缘的分布规律.结合外载引起的应力强度因子,就可以判别裂纹的扩展形貌,从而判断结构是否满足LBB要求.     

孔洞裂纹问题的一种数值方法

研究孔洞与裂纹的相互作用问题,通过把适于单一裂纹的Bueckner原理扩充到含有多孔洞多裂纹的一般体系,将原问题分解为承受远处载荷不含裂纹不含孔洞的均匀问题,和在远处不承受载荷但在裂纹面上和孔洞表面上承受面力的多孔洞多裂纹问题.于是,以应力强度因子作为参量的问题可以通过考虑后者来解决,而利用笔者提出的杂交位移不连续法,这种多孔洞多裂纹问题是容易数值求解的.算例说明该数值方法对分析平面弹性介质中孔洞与裂纹的相互作用既简单又有效.