拉伸螺杆半椭圆表面裂纹应力强度因子

将拉伸螺杆简化为理论应力集中系数Kt不同的带“V”形缺口圆杆,采用裂纹尖端为20节点奇异单元的三维有限元模型,对螺杆半椭圆表面裂纹的应力强度因子进行了计算.给出了具有普遍性意义的螺杆表面裂纹应力强度因子公式.为验证本文计算结果的有效性,还将本文M22×1.5螺杆的应力强度因子计算结果与试验结果进行了对比.     

多个共面任意分布表面裂纹的应力强度因子

采用线弹簧模型求解多个共面任意分布表面裂纹的应力强度因子。基于Ｒｅｉｓｓｎｅｒ板理论和连续分布位错思想,通过积分变换方法,将含有多个共面任意分布表面裂纹的无限平板问题归结为一组Ｃａｕｃｈｙ型奇异积分方程。利用Ｇａｕｓｓ－Ｇｈｅｂｙｓｈｅｖ笔法获得了奇异积分方程的数值解。为验证本文法的正确性,文中最后给出了有关应力强度因子或Ｐ－Ｖ曲线的数值结果并与现有的理论结果或实验结果进行了对比。结果表明了连续位     

拉伸载荷作用下单边缺陷-边裂纹应力强度因子研究

利用杂交位移不连续法研究拉伸载荷作用下矩形板中单边缺陷-边裂纹(半圆孔裂纹和半方孔裂纹)问题,给出了这三种平面弹性裂纹问题的应力强度因子的详细数值解。通过半圆孔裂纹问题和半方孔裂纹问题与单边裂纹问题的应力强度因子的比较,发现半圆孔和半方孔对单边裂纹有屏蔽影响。此外,本文的研究结果表明,杂交位移不连续法用于分析平面弹性有限体中复杂裂纹问题的应力强度因子简单且又准确。     

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。     

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.     

用三维光弹法确定轴表面横向半椭圆裂纹应力强度因子及其修正系数

用三维光弹法测定了轴表面横向半椭圆裂纹的应力强度因子，并分析计算了应力强度因子修正系数，结果表明，应力强度因子的分布型式对加载条件和裂纹几何不敏感；修正系数对裂纹深度呈现对称分布趋势，仅取决于裂纹几何参数。     

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。     

辛解析奇异元在动荷载作用下V型切口问题中的应用

利用辛解析奇异单元,结合时域精细算法,研究了动荷载作用下的含平面V型切口问题。时域上,采用时域精细算法,并结合自适应算法控制展开项数,保证了计算精度。空间域上,切口尖端附近采用辛解析奇异单元,其余区域采用常规有限单元,避免了局部网格加密。本文使用的辛解析奇异单元不需要过渡单元和局部网格加密,且能够通过奇异单元内部的参数关系直接给出切口尖端的应力强度因子,不需要复杂的后处理过程。数值结果表明,本文方法具有良好的精度和稳定性,可以准确地计算动态应力强度因子。     

有限元表面应力计算

用有限元[1]通用程序进行结构计算时,最常用的是位移法,因而计算得到的位移有较高的精度。由位移计算应力时,有限元法应用的是应力-应变关系和应变-位移关系,其中应变-位移是微商关系。在数值计算中,微商只能转化为差商等用插值近似处理。这样,虽然位移精度高,但应力的计算精度就被大打折扣。本文应用弹性力学辛体系理论[2],解析求解了位移和应力的影响函数。利用有限元程序计算得到的位移,由功互等定理,不需要微分插值,就可以得到指定点的应力,应力精度大大提高。工程实际中有许多问题的最大应力往往发生在构件表面。针对表面应力问题,本文给出了半平面表面应力的影响函数,进行了数值算例计算。计算结果表明,用本文提出的影响函数法求解一点的应力,其精度明显提高,并且计算结果有很好的稳定性。用本文的影响函数法编制成子程序,可作为有限元软件应力计算的一个模块,可以更好地发挥有限元程序的功效。     

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。

     

Finite-part integral and boundary element method for interaction between two parallel planar cracks in three-dimensional finite bodies

By using the Somigliana representation and the concepts of finite-part integrals, a set of hypersingular integral equations of the interaction between two parallel planar cracks in a three-dimensional finite body subjected to arbitrary loads is derived, and then its numerical method is proposed by the finite-part integral method combined with the boundary element method. According to the analytic theory of hypersingular integral equations, the square root models of displacement discontinuities in the elements near the crack front are applied, and thus the computational precision is raised. Based on this, the stress intensity factors can be directly calculated. Finally, the stress intensity factors of several typical interaction problems are calculated.     

Finite element analysis for consolidation in interaction between structure and saturated soil foundation

The consolidation analysis of interaction between structure and saturated soil foundation is discussed. With the use of substructure technique, the structure is condensed onto the interface of the soil, and then the consolidation governing equations to describe the interaction between soil and structure are derived, The solution with non-iterative algorithm is proposed in this paper. The pressure Master-Slave relation method is used to deal with the non-permeability conditions on soil boundaries. A numerical example is illustrated. Based on this paper, the interactive consolidation analysis between large structure and soil has been more practical.     

A new method of analyzing surface cracks

The authors have developed a new line-spring boundary element method in thepresent paper,which combines the advantage of the line-spring model with that of theboundary element method.This method reduces the three-dimension problem of thesurface cracks into a quasi-one-dimension problem and can be used to analyze thesurface cracked plate under various loading conditions.In this paper theoreticalanalyses and numerical verifications are carried out.The calculated results arereported,which indicate that the present method is efficient and can be used to analyzethe surface crack problem on a personal computer.     

双周期平行四边形排列裂纹反平面问题的有限元分析

提出了双周期平行四边形排列裂纹反平面问题的有限元方法,通过对单位胞元引入周期边界条件,在裂纹尖端采用奇异单元,解决了有限元分析这类问题的效率和精度问题.利用Ansys软件计算,在各种有解析解对照的情形下,应力强度因子的相对误差都在0.2%以内.与现有通常限于对称阵列的双周期裂纹的研究相比,本文发展的方法适用于一般的非对称平行四边形裂纹阵列.算例揭示了行向裂纹间的相互干涉放大应力强度因子,而叠向裂纹间的作用相互屏蔽.对于平行四边形阵列的情形,这两种相反的干涉效应使应力强度因子与裂纹错动参数间呈现非单调依赖关系.     

2D dynamic analysis of cracks and interface cracks in piezoelectric composites using the SBFEM

The dynamic stress and electric displacement intensity factors of impermeable cracks in homogeneous piezoelectric materials and interface cracks in piezoelectric bimaterials are evaluated by extending the scaled boundary finite element method (SBFEM). In this method, a piezoelectric plate is divided into polygons. Each polygon is treated as a scaled boundary finite element subdomain. Only the boundaries of the subdomains need to be discretized with line elements. The dynamic properties of a subdomain are represented by the high order stiffness and mass matrices obtained from a continued fraction solution, which is able to represent the high frequency response with only 3–4 terms per wavelength. The semi-analytical solutions model singular stress and electric displacement fields in the vicinity of crack tips accurately and efficiently. The dynamic stress and electric displacement intensity factors are evaluated directly from the scaled boundary finite element solutions. No asymptotic solution, local mesh refinement or other special treatments around a crack tip are required. Numerical examples are presented to verify the proposed technique with the analytical solutions and the results from the literature. The present results highlight the accuracy, simplicity and efficiency of the proposed technique.     

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。     

压电薄膜表面贯穿裂纹的有限元分析

基于有限元软件ANSYS数值模拟,计算了激光作用下的压电薄膜表面贯穿裂纹外场应力强度因子和电位移强度因子,并且研究了90°畴变所诱致的畴变增韧行为。首先,求解无裂纹压电薄膜在激光作用下的热-力-电响应,将求得的应力和电位移场反向作用于裂纹面,求解裂纹尖端处的外场应力和电位移强度因子,然后基于小范围畴变理论求解了90°畴变所致的屏蔽应力强度因子。讨论了薄膜表面裂纹的外场应力强度因子、电位移强度因子及屏蔽应力强度因子随激光作用时间和裂纹位置的变化关系,从而预测压电薄膜体系在加热工作状况下的裂纹扩展和断裂行为。