焦散线法测定复合型裂纹应力强度因子的实验研究

本文阐述焦散线法测定复合型裂纹应力强度因子的基本原理,分析常用的测量方法,提出了焦散线的多点测量法,从而改进了P.S.Theocaris提出的经典方法,并以实验进行了验证。     

复合型裂纹应力强度因子的有限元计算

介绍一种计算三维复合型裂纹应力强度因子的外推法,由于裂纹尖端的奇异性,该法采用退化的1/4节点奇异单元,通过近裂尖的几个节点进行应力强度因子的求解,然后根据这些应力强度因子拟合成直线,求得裂纹尖端的应力强度因子。     

利用边界元计算平面复合型裂纹应力强度因子的杂交法

提出了一种平面复合型应力强度因子K_Ⅰ和K_(Ⅱ)的新算法。这种算法充分利用了边界单元法的输出结果,同时计及了韧带上的应力和裂纹表面上的位移,且由于采用了裂纹尖端附近应力和位移的渐近展开式的高阶项(第2项),因而提高了计算精度,但并不增加计算工作量。算例也证实了上述结论     

复合裂纹的应力强度因子有限元分析

讨论裂纹尖端的应力应变与应力强度因子的关系,建立计算复合型裂纹应力强度因子的有限元方法,应用有限元分析软件ANSYS计算Ⅰ型裂纹和Ⅱ型裂纹的应力强度因子以及裂纹尺寸和载荷对应力强度因子的影响。研究结果表明:ANSYS解与解析解很接近,误差很小,验证了复合裂应力强度因子计算方法的有效性;ANSYS解在裂纹较大和较小时误差相对较大,这主要与划分网格的精度有关,裂纹较大时网格不够密,裂纹较小时网格产生变形的影响,可以通过增加网格精度来减小计算误差。     

透射焦散线法研究甲板开口边缘I型裂纹的应力强度因子

为研究船舶甲板开口边缘受拉的Ｉ型裂纹的应力强度因子，并探索焦散线方法在船舶结构中的应用，采用透射焦散线方法进行了实验研究。实验中模拟一般散货船带舱口的上中板，制作了带孔有孔玻璃透明试件，并采用加热法开出孔边裂纹。在数字焦散线实验系统中进行实验，获得了清晰的全场焦散线数字图象。应用焦散线图象自动处理程序精确地测出焦散线的最大直径以计算应力强度因子，并对裂纹尖端初始焦散线引起的实验误差作了处理。实验结     

多裂纹板的应力强度因子研究

工程构件含有多个裂纹的现象非常普遍,这类构件的安全显得非常重要。构件的安全与否取决于裂纹尖端附近的应力场和应变场。应力强度因子是用来表征裂纹顶端附近应力应变场强度的有效参量。所以,研究裂纹体的应力强度因子是保证裂纹体安全的重要工作。     

圆片裂纹的应力强度因子

圆片裂纹问题是三维无限弹性体内嵌裂纹的一个经典问题,也是一个重要的理论工作,从Ｆａｂｒｉｋａｎｔ方程出发,建立了一种特殊的极坐标体系,首先解决了法向载荷下圆片裂纹上特殊点的应力强度因子,并通过坐标系的旋转解决了圆片裂纹上任意点的应力强度因子。对于裂纹上作用切向载荷的情况,先单独研究载荷分别沿坐标轴方向的两种情形,然后就一般情形下通过坐标旋转并将载荷沿坐标轴分解后分别求解,再叠加得其应力强度因子。从     

透射焦散线法研究甲板开口边缘Ⅰ型裂纹的应力强度因子

为研究船舶甲板开口边缘受拉的Ⅰ型裂纹的应力强度因子,并探索焦散线方法在船舶结构中的应用,采用透射焦散线方法进行了实验研究．实验中模拟一般散货船带舱口的上甲板,制作了带孔有机玻璃透明试件,并采用加热法开出孔边裂纹．在数字焦散线实验系统中进行实验,获得了清晰的全场焦散线数字图象．应用焦散线图象自动处理程序精确地测出焦散线的最大直径以计算应力强度因子,并对裂纹尖端初始焦散线引起的实验误差作了处理．实验结果与理论值十分接近,表明船舶甲板开口边缘受拉的Ⅰ型裂纹的应力强度因子与甲板中的总纵拉力成正比．     

圆片裂纹的应力强度因子

圆片裂纹问题是三维无限弹性体内嵌裂纹的一个经典问题,也是一个重要的理论工作－从Ｆａｂｒｉｋａｎｔ 方程出发,建立了一种特殊的极坐标体系,首先解决了法向载荷下圆片裂纹上特殊点的应力强度因子,并通过坐标系的旋转解决了圆片裂纹上任意点的应力强度因子－ 对于裂纹上作用切向载荷的情况,先单独研究载荷分别沿坐标轴方向的两种情形,然后就一般情形下通过坐标旋转并将载荷沿坐标轴分解后分别求解,再叠加得其应力强度因子－ 从而解决了圆片裂纹上作用幂级数载荷下的三类应力强度因子－ 研究表明,如果圆片裂纹上的载荷是幂级数形式,则其应力强度因子具有闭合形式解     

基于有限元法的二维裂纹应力强度因子研究

基于有限元分析方法，对有限大平板中存在的中心穿透裂纹，分别用不同的方法分析其裂纹尖端应力、应变场分布，计算出裂纹尖端的应力强度因子．通过对求得的应力强度因子值与解析解的比较，表明用有限元方法计算应力强度因子具有相当高的精度，并且操作简便。     

岩石动态复合型初始断裂的应力强度因子计算

采用有限元和动态Ｊ积分相结合的方法,首次精确地计算了四点弯曲试件的Ｋｉ（ｔ）Ｋ（ｔ）的值,获得了各种复合比时Ｋ１（ｔ）,Ｋ（ｔ）的关系曲线,并提出了一种确定Ｋ１ｄ和ＫＩＩｄ的方法,对提出的算法程序进行了验证。     

基于ANSYS的裂纹应力强度因子的计算

本文分析了应力强度因子的重要性和计算应力强度因子的一般方法,以及在ANSYS中求解应力强度因子的裂纹尖端奇异性处理和具体步骤。在二维和三维典型模型的实例应用中,对ANSYS计算结果和解析结果进行了对比分析。     

热疲劳斜裂纹应力强度因子有限元分析

用有限元方法和最大周向应力准则计算了热疲劳斜裂纹的应力强度因子和开裂角的周期变化规律.计算表明:在加热过程中,模型内产生压缩热应力,使两裂纹面相互挤压、错开;由于加热过程生成的压缩塑性变形不能自由恢复,在降温过程的后期产生拉应力使裂纹张开;热疲劳斜裂纹在加热过程以及降温过程的前期是纯Ⅱ型,KⅡ在加热过程结束时达到最大值,在降温过程的后期是Ⅰ,Ⅱ复合型,降温过程结束时KⅠ,Ke达到最大值,裂纹在此时最易开裂.     

20Cr结构钢疲劳裂纹扩展的应力强度因子范围及有效应力强度因子范围的计算

计算了20Cr结构钢疲劳长裂纹和疲劳小裂纹扩展的应力强度因子范围ΔK、有效应力强度因子范围ΔKeff,并建立了da/dN-ΔK和da/dN-ΔKeff的关系。结果表明裂纹闭合是导致长裂纹在不同应力比R时的裂纹扩展规律差异的主要原因,但它可能不是引起小裂纹、长裂纹的扩展差异的主要因素。     

贯穿斜裂纹应力强度因子的计算

利用有限元方法计算了不同长度贯穿斜裂纹前沿应力强度因子,分别计算了β为45°、60°和75°三种情况,得到裂纹前沿应力强度因子的分布规律,以及应力强度因子随着角度的变化规律。弥补了应力强度因子手册中对这种裂纹计算的不足。     

单边斜裂纹的应力强度因子计算

应用有限元单元法研究了裂纹的扩展和裂纹尖端的应力应变与应力强度因子的关系,计算了单边斜裂纹受双向拉伸时应力强度因子随裂纹角度、裂纹的长度以及板长的变化.结果表明:1)单边斜裂纹受双向拉伸的应力强度因子Ⅰ型分量随裂纹角度的增加而增加,Ⅱ型分量随裂纹的角度增大先增大,大于45°后逐渐减小;2)单边斜裂纹受双向拉伸的应力强度因子Ⅰ型分量和Ⅱ型分量均随裂纹长度的增加而增加;3)板长的影响主要体现在板长比较小时,当长宽比达到一定的值时,影响基本可以忽略.这些结果为以后的裂纹研宄打下了基础.     

广义T应力对裂纹应力强度因子的影响

裂纹尖端的奇异应力场可以表达为Williams级数展开的形式,其中常数项(即T应力项)和非奇异项对裂纹尖端的应力应变场有着很大的影响,这些影响反过来作用于裂纹应力强度因子的计算.将T应力项和非奇异项合称为广义T应力,提出一种用特征分析法和边界元法配合求解广义T应力的新思路,可以根据需要任意选取广义T应力的项数,进而研究广义T应力对应力强度因子计算的影响.结果表明,考虑广义T应力项的应力强度因子计算结果与实验结果更加接近.     

焊接裂纹尖端应力强度因子数值计算

开发了二维边界元计算程序，用于计算焊接裂纹尖端应力强度因子．计算结果与经典解十分近似，平均相对误差不超过４％．该方法简便可靠，适于工程应用，为研究焊接结构裂纹及其寿命分析提供了方便     

双材料界面裂纹奇异性及应力强度因子

研究了正交异性双材料半无限界面裂纹问题。通过引入含有复奇异指数的新应力函数,利用复变函数方法将界面裂纹问题转化为求解一类广义重调和方程的边值问题,推出正交异性双材料界面裂纹尖端应力具有四种奇异性。并建立了四种奇异性下给定载荷条件时界面裂纹尖端应力强度因子的计算公式。通过算例验证了四种奇异性的存在性。