两相材料V形切口应力强度因子边界元分析

建立了边界元法计算两相材料粘结V形切口奇异应力场的新途径。在V形切口尖端挖出一小扇形,将该扇形弧线边界的位移和面力表示为有限项奇性指数和特征角函数的线性组合,其组合系数即为广义应力强度因子,将该组合回代到在被挖去小扇形后的剩余结构内建立的边界积分方程,离散后可求解出组合系数,获得两相材料粘结V形切口尖端的应力强度因子。算例证明了本文方法的有效性。     

V形切口应力强度因子的一种边界元分析方法

将V形切口结构分成围绕切口尖端的小扇形和剩余结构两部分. 尖端处扇形域应力场表示成关于尖端距离$\rho$的渐近级数展开式,从线弹性理论方程推导出了一组分析平面V形切口奇异性的常微分方程特征值问题,通过求解特征方程,得到前若干个奇性指数和相应的特征向量. 再将切口尖端的位移和应力表示为有限个奇性阶和特征向量的组合. 然后用边界元法分析挖去小扇形后的剩余结构. 将位移和应力的线性组合与边界积分方程联立,求解获得切口根部区域的应力场、应力幅值系数和整体结构的位移和应力. 从而准确计算出平面V形切口的奇异应力场和应力强度因子.      

边界元法计算切口多重应力奇性指数

提出采用边界元法直接计算V形切口的多重应力奇性指数。首先在切口尖端挖出一微小扇形域,在该域边界列常规边界积分方程,后将扇形域内的位移场和应力场表示成关于切口尖端距离ρ的渐近级数展开式,回代入切口边界积分方程,离散后得到关于切口奇性指数的代数特征方程,从而求解获得V形切口的应力奇性指数。该法避免了常规边界元法和有限元法在切口尖端附近布置细密单元的缺陷,并可同时求得多阶应力奇性指数。     

反平面V形切口塑性应力奇异性分析

论文提出了用插值矩阵法计算幂硬化塑性材料反平面V形切口和裂纹尖端区域的应力奇异性.首先在切口和裂纹尖端区域采用自尖端径向度量的渐近位移场假设,将其代入塑性全量理论的基本微分方程后,推导出包含应力奇异性特征指数和特征角函数的非线性常微分方程特征值问题.然后采用插值矩阵法迭代求解导出的控制方程,得到一般的塑性材料反平面V形切口和裂纹的前若干阶应力奇异阶和相应的特征角函数,该法的重要优点是以上求解的特征角函数和它们各阶导函数具有同阶精度,并且一次性地求出前若干阶特征对.同时,插值矩阵法计算量小,易于和其他方法联合使用,这些优点在后续求解尖端区域完全应力场非常优越.论文方法的计算结果与现有结果对照,发现吻合良好,表明了论文方法的有效性.     

角度非均匀材料平面V形切口应力奇性分析

提出了一种确定角度非均匀材料平面V形切口尖端应力奇性指数的有效方法。首先,在弹性力学基本方程中引入V形切口尖端位移场的级数渐近展开,建立以位移为特征函数的变系数和非线性微分方程组。然后,采用微分求积法(DQM)求解微分方程组,可得到多阶应力奇性指数及其相对应的特征函数,该法具有公式简单、编程方便、计算量少和精度高等优点,可处理任意开口角度和任意材料组合的V形切口。典型算例验证了微分求积法的有效性和精确性。     

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。     

非奇异应力对中央含V形切口试样断裂性能的影响

采用Williams渐近展开式表达V形切口尖端附近区域的位移场和应力场,将其代入弹性力学基本方程中,应力奇异性指数及其对应的位移和应力角函数由求解常微分方程组获得。由于在远离切口尖端的区域无应力奇异性,将切口尖端应力奇异性区域移出后,应用边界元法分析无应力奇异性的剩余结构;将Williams渐近展开式与弹性力学边界积分方程结合,解出切口尖端附近应力奇异性区域的各应力场渐近展开项系数,从而获得切口尖端附近区域的完整应力场;基于此,研究了非奇异应力项对中央含V形切口试样的表观断裂韧度和临界荷载预测值的影响。结果表明:考虑非奇异应力项时,脆性断裂的表观断裂韧度和临界荷载的预测值要比忽略非奇异应力项时的预测值更接近实验值。     

基于权函数法的核主泵飞轮应力强度因子研究

采用权函数法确定了含裂纹飞轮在离心力和接触压力作用下的应力强度因子,计算了在同步转速工况下裂纹尖端应力强度因子的值,并与解析法和有限元法计算结果进行了对比。结果表明:权函数法与解析法的误差在3%以内,与有限元法的误差在1%以内,验证了权函数法计算应力强度因子的准确性高;在结构不变的情况下,权函数法可以快速求解不同载荷条件、不同长度裂纹的应力强度因子。通过控制变量法研究了不同参数对应力强度因子的影响,结果表明,飞轮裂纹尖端总应力强度因子随着裂纹尺寸、旋转转速、飞轮尺寸外径与内径比值的增大而增大。     

插值矩阵法分析双材料平面V形切口奇异阶

对二维V形切口问题提出奇异阶分析的一个新方法.首先,以V形切口尖端附近位移场沿其径向渐近展开为基础,将其线弹性理论控制方程转换成切口尖端附近关于周向变量的常微分方程组特征值问题,然后将数值求解两点边值问题的插值矩阵法进一步拓展为求解一般常微分方程组特征值问题,插值矩阵法是在离散节点上采用微分方程中待求函数的最高阶导数作为基本未知量.由此,V形切口的应力奇性阶问题通过插值矩阵法获得,同时相应的切口附近位移场和应力场特征向量一并求出.     

复合材料切口应力奇性指数计算

提出一种计算广义平面应交状态下复合材料切口应力奇性指数的新方法.在切口尖端的位移幂级数渐近展开式被引入正交各向异性材料的物理方程后,将用位移表示的应力分量代入切口端部柱状邻域的线弹性理论控制方程,切口应力奇性指数的计算被转化为常微分方程组特征值的求解.采用插值矩阵法求解该常微分方程组,可一次性地获取切口尖端多阶应力奇性指数.本法适合平面和反平面应力场耦合或解耦的情形,并可退化计算裂纹或各向同性材料切口的应力奇性指数.算例表明,所提方法对分析复合材料切口应力奇性指数是一种准确有效的手段.     

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。     

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.     

基于哈密尔顿体系的裂纹尖端应力奇性分析及计量

对弹性平面扇形域问题,将径向坐标模拟成时间坐标,通过适当的变换,将扇形域问题导向哈密尔顿体系,利用分离变量法及本征函数向量展开等方法,推导出裂纹尖端的应力奇性解的计算公式,结合变分原理,提出一种解决应力奇性计算的断裂分析元,将此分析元与有限元法相结合,可以进行某些断裂力学或复合材料等应力奇性问题的计算及分析,数值计算结果表明,该方法具有精度高,使用十分方便,灵活等优点,是哈密尔顿体系和辛数学优越性的一次具体体现。     

一种新的计算各向异性材料裂纹尖端应力强度因子杂交元法

利用有限元特征分析法研究了平面各向异性材料裂纹端部的奇性应力指数以及应力场和位移场的角分布函数,以此构造了一个新的裂纹尖端单元。文中利用该单元建立了研究裂纹尖端奇性场的杂交应力模型,并结合Hellinger-Reissner变分原理导出应力杂交元方程,建立了求解平面各向异性材料裂纹尖端问题的杂交元计算模型。与四节点单元相结合,由此提出了一种新的求解应力强度因子的杂交元法。最后给出了在平面应力和平面应变下求解裂纹尖端奇性场的算例。算例表明,本文所述方法不仅精度高,而且适应性强。     

Mohr-Coulomb准则主应力回映算法及在地基问题的应用

针对Mohr-Coulomb准则在应力空间中存在奇异点的问题,提出了主应力空间应力回映算法。分析了多屈服面下塑性流动法则,给出了应力更新过程中应力回映区域的判定方法,推导了不同映射区域下塑性因子的Newton-Raphson迭代求解式和应力更新方程,建立了对应的一致切线模量表达式。利用C++语言,编制了弹塑性有限元求解程序,并对岩土地基问题进行求解,计算结果的比对证明了所编程序的可行性和精确性。     

应用三维光弹性分析轧辊的接触应力

对有限长，外载荷又集中作用的轧辊，当其母线接触压靠性，接触面上的应力分布是不均匀的。于是，根据弹性力学理论推导的无限长辊子相互压靠的接触应力“赫芝”解法无法得到充分应用。由于这个原因。该文提出了一个辊子接触应力非均匀分布模型假设，它是在横向满足半椭圆分布，而纵向为未可知的曲线分布，根据这个假设应用三维光弹性的应力切片法及有限元数值计算概念。导出了这类辊子接触应力的混合计算方法。作为一个应用实例，该文讨论了宝钢1420双平整轧机轧辊的接触问题，该轧机有六个辊子组成，上下三三对称，其中最外层为支承辊，中间是中间辊，下层是工作辊，工作辊与轧件接触，钢厂在板形控制研究中，十分需了解各辊子之间的接触应力，应用该文分析方法。可以得到接触面上理想的三向接触应力值。为厂方的板形控制工艺改进提供了极有用的参数。     

The dynamic behaviour of sharp V-notches under impact loading

The dynamic behaviour of sharp V-notches which are either symmetric or oblique to the longitudinal boundary of a homogeneous elastic and isotropic strip subjected to an impact plane pulse was studied by the method of caustics. The stress pulse impinging on the flanks of the notch reflects and diffracts in different ways depending on the geometry of the notch relative to the coming pulse. For compressive stress pulses a stress concentration at the bottom of the notch does not create a crack propagation phenomenon, whereas for tensile pulses there is a possibility for an incubation, nucleation and eventual propagation of a crack. A complete experimental study of the incubation nucleation and propagation of cracks from the bottoms of notches in thin strips under tensile stress pulses was undertaken, whereas for compressive stress pulses the stress concentration at the bottom of the notch was evaluated. Interesting results were disclosed concerning the reinforcement of pulses by reflection and caging in, the evolution of stress concentration at the notch and the mode of crack propagation inside the plate. Dynamic stress intensity factors were evaluated all over the paths of crack propagation indicating a close intimacy between crack velocity and values of SIFs.     

垂直于界面V型缺口尖端的应力奇异性及其应用

基于双材料垂直于界面V型缺口理论,给出了单一材料和双材料裂纹问题、V型缺口问题应力强度因子的统一定义,得到了应力外推法计算双材料K_I的公式,数值算例验证了本文方法的有效性.以双材料单向拉伸和三点弯曲模型为对象,深入研究了双材料中弹性模量、泊松比、缺口深度、缺口张角对缺口尖端奇异应力场的影响,获得了一定范围内各种参数变化对缺口尖端奇异应力场的影响规律,为异体材料形成的V型缺口在应力断料中的应用提供了必要的参考依据.     

Analysis of dynamic stress intensity factors of three-point bend specimen containing crack

A new formula is obtained to calculate dynamic stress intensity factors of the three-point bending specimen containing a single edge crack in this study. Firstly, the weight function for three-point bending specimen containing a single edge crack is derived from a general weight function form and two reference stress intensity factors, the coefficients of the weight function are given. Secondly, the history and distribution of dynamic stresses in uncracked three-point bending specimen are derived based on the vibration theory. Finally, the dynamic stress intensity factors equations for three-pointing specimen with a single edge crack subjected to impact loadings are obtained by the weight function method. The obtained formula is verified by the comparison with the numerical results of the finite element method (FEM). Good agreements have been achieved. The law of dynamic stress intensity factors of the three-point bending specimen under impact loadings varing with crack depths and loading rates is studied.