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基于比例边界有限元法计算应力强度因子的不确定量化分析
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作者 胡昊文 陈灯红 +2 位作者 王乾峰 胡记磊 骆欢 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期250-259,共10页
应力强度因子是预测荷载作用下结构中裂纹产生和扩展的重要参数。半解析的比例边界有限元法结合了有限元和边界元法的优势,在裂纹尖端或存在奇异应力的区域不需要局部网格细化,可以直接提取应力强度因子。在比例边界有限元法计算应力强... 应力强度因子是预测荷载作用下结构中裂纹产生和扩展的重要参数。半解析的比例边界有限元法结合了有限元和边界元法的优势,在裂纹尖端或存在奇异应力的区域不需要局部网格细化,可以直接提取应力强度因子。在比例边界有限元法计算应力强度因子的框架下,引入随机参数进行蒙特卡罗模拟(Monte Carlo simulation, MCS),并提出一种新颖的基于MCS的不确定量化分析。与直接的MCS不同,采用奇异值分解构造低阶的子空间,降低系统的自由度,并使用径向基函数对子空间进行近似,通过子空间的线性组合获得新的结构响应,实现基于MCS的快速不确定量化分析。考虑不同荷载状况下,结构形状参数和材料属性参数对应力强度因子的影响,使用改进的MCS计算应力强度因子的统计特征,量化不确定参数对结构的影响。最后通过若干算例验证了该算法的准确性和有效性。 展开更多
关键词 应力强度因子(sif) 比例边界有限元法(SBFEM) 蒙特卡罗模拟(MCS) 不确定性量化分析(UQ) 奇异值分解(SVD)
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用子结构方法自动计算飞机舱体实验模型裂缝的应力强度因子 被引量:2
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作者 剧锦三 蒋秀根 庄金钊 《中国农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第3期81-84,共4页
基于ANSYS编制的自动分析软件,用子结构方法自动建立实验模型的有限元分析模型,完成子结构间的无缝连接,通过计算由2个子结构组成的模型并扩展包含裂缝的子结构的解得到应力强度因子。应用算例计算结果表明,子结构方法与整体模型方法的... 基于ANSYS编制的自动分析软件,用子结构方法自动建立实验模型的有限元分析模型,完成子结构间的无缝连接,通过计算由2个子结构组成的模型并扩展包含裂缝的子结构的解得到应力强度因子。应用算例计算结果表明,子结构方法与整体模型方法的计算结果相同,而子结构方法占用机时少约40%;计算结果与实验结果十分接近。 展开更多
关键词 子结构 应力强度因子(sif) 裂缝 飞机结构
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用广义扩展有限元计算界面裂纹应力强度因子 被引量:2
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作者 苏毅 王生楠 鲁龙坤 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1162-1168,共7页
广义扩展有限元法(GXFEM)是一种结合广义有限元法和扩展有限元法特点的新的数值模拟方法。给出了分析双材料界面裂纹应力强度因子(SIF)的广义扩展有限元法的基本原理。提出了一种新的双材料界面裂纹尖端富集函数,将裂纹尖端富集函数由1... 广义扩展有限元法(GXFEM)是一种结合广义有限元法和扩展有限元法特点的新的数值模拟方法。给出了分析双材料界面裂纹应力强度因子(SIF)的广义扩展有限元法的基本原理。提出了一种新的双材料界面裂纹尖端富集函数,将裂纹尖端富集函数由12项缩减为6项。双材料界面不连续,在常规有限元法的位移模式中加入基于水平集的富集函数,同时将裂纹单元结点和裂纹尖端单元结点自由度广义化,提高了计算精度。通过与文献结果的比较,表明了提出方法的精确度和可靠度。 展开更多
关键词 广义扩展有限元法(GXFEM) 界面裂纹 裂纹尖端富集函数 水平集 应力强度因子(sif)
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裂缝边缘凸起变形对带裂缝柱形薄壁结构应力强度因子的影响初探 被引量:1
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作者 高瑞霞 剧锦三 +1 位作者 蒋秀根 庄金钊 《中国农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第6期68-71,共4页
为避免采用阶段策略时模型简化可能导致的柱型薄壁结构中裂缝边缘有凸起变形时应力强度因子的计算误差 ,分析了采用该方法 ,柱型薄壁结构裂缝边缘有无凸起变形时二维与三维模型所得应力强度因子的特点和局部模型尺寸对应力强度因子的影... 为避免采用阶段策略时模型简化可能导致的柱型薄壁结构中裂缝边缘有凸起变形时应力强度因子的计算误差 ,分析了采用该方法 ,柱型薄壁结构裂缝边缘有无凸起变形时二维与三维模型所得应力强度因子的特点和局部模型尺寸对应力强度因子的影响。结果表明 :1)裂缝边缘有无凸起变形时应力强度因子有很大差别 ,裂缝半长为 133 4mm时 ,三维模型裂缝边缘的径向凸起变形为 4 1mm ,应力强度因子为 4 4 99MPa·mm1/ 2 ,是无凸起变形时应力强度因子 (194 9MPa·mm1/ 2 )的 2 3倍。 2 )裂缝较短 (13 34mm)时 ,二维与三维模型得到的应力强度因子十分接近 ;裂缝越长 ,差别越大 ,因而不能忽略。 3)局部模型尺寸不同时 ,三维局部模型与三维整体模型得到的应力强度因子几乎相同 ,都与理论值十分接近 ;但对二维模型应力强度因子的影响较大 ,虽然 1/ 8弧长二维局部模型的计算结果比 1/ 4弧长的更加接近三维模型的结果 ,但仍不准确。所提出的分析方法可应用于类似的复杂结构。 展开更多
关键词 应力强度因子(sif) 柱形薄壁结构 裂缝 凸起变形
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虚拟裂纹闭合法在MSC.Patran中的二次开发 被引量:5
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作者 张允涛 黄其青 殷之平 《航空计算技术》 2009年第2期41-45,共5页
讨论了虚拟裂纹闭合法在工程软件中的实现策略,以MSC.Patran为平台,利用其强大的前后置后处理功能,使用PCL语言开发了二维和三维虚拟裂纹闭合法计算模块和用户图形界面,通过二维和三维算例验证了虚拟裂纹闭合法计算模块的正确性。
关键词 虚拟裂纹闭合法(VCCM) 应力强度因子(sif) 网格划分 节点力 MSC.PATRAN 二次开发
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基于FRANC^(3D)的轮齿裂纹特性研究 被引量:2
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作者 王瑞利 李菲 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2015年第12期225-226,共2页
运用专业的断裂分析软件FRANC3D对1个简化了的轮齿进行裂纹处理与计算,得到了不同裂纹长度对其3种应力强度因子的影响,从而证明了裂纹的张开型(I)是轮齿折断的主要原因。运用ANSYS分析软件对带有裂纹的轮齿进行静力学分析,裂纹处的最大... 运用专业的断裂分析软件FRANC3D对1个简化了的轮齿进行裂纹处理与计算,得到了不同裂纹长度对其3种应力强度因子的影响,从而证明了裂纹的张开型(I)是轮齿折断的主要原因。运用ANSYS分析软件对带有裂纹的轮齿进行静力学分析,裂纹处的最大等效应力随着裂纹长度的增大而增大。 展开更多
关键词 FRANC3D 裂纹 轮齿 应力强度因子(sif) ANSYS
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断裂问题的有限元线法 被引量:2
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作者 胡少伟 《自然科学进展》 北大核心 2009年第11期1209-1217,共9页
详述了有限元线法的基本过程,建立了针对断裂问题的有限元线法,提出了奇异问题转换为规则问题的奇异结线元映射技术,并将该技术应用于数个断裂实例中,得到了高精度的计算结果,如应力分布、应力强度因子和开裂位移等重要参数。通过与其... 详述了有限元线法的基本过程,建立了针对断裂问题的有限元线法,提出了奇异问题转换为规则问题的奇异结线元映射技术,并将该技术应用于数个断裂实例中,得到了高精度的计算结果,如应力分布、应力强度因子和开裂位移等重要参数。通过与其他数值方法比较,证明了该方法的正确性和实用性。研究工作拓展了有限元线法的应用范畴,为进行非线性结构断裂力学行为分析提供了一种新的可靠途径。 展开更多
关键词 有限元线法 含裂缝3D物体 应力强度(sif) 开裂计算
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MSD对老旧飞机搭接结构完整性的影响
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作者 郁大照 陈跃良 +1 位作者 胡家林 段成美 《强度与环境》 2007年第1期33-38,共6页
利用FRANC2D/L对含MSD某型飞机机翼蒙皮搭接接头进行了有限元分析,得到了不同分布钉载下MSD裂纹应力强度因子(SIF)随裂纹扩展历程变化的计算曲线,和已有的文献比较表明,本文数值结果精确,方法可靠。计算结果表明,孔壁受载方式对SIF影响... 利用FRANC2D/L对含MSD某型飞机机翼蒙皮搭接接头进行了有限元分析,得到了不同分布钉载下MSD裂纹应力强度因子(SIF)随裂纹扩展历程变化的计算曲线,和已有的文献比较表明,本文数值结果精确,方法可靠。计算结果表明,孔壁受载方式对SIF影响不大,但对MSD裂纹扩展方向有明显的影响;相对于均匀分布和集中力,二次分布的钉载更接近于实际的孔壁受载方式,且在计算时,应考虑其它排钉孔的受载。最后探讨了基于力学的评估含MSD搭接结构完整性的方法。 展开更多
关键词 多处损伤(MSD) 搭接件 应力强度因子(sif) 有限元分析
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胶铆混合修补铝合金板的疲劳性能研究 被引量:4
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作者 喻健 张腾 +3 位作者 何宇廷 陈涛 樊祥洪 周润浩 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期2399-2406,共8页
针对胶铆混合连接方式单面修补铝合金板的疲劳性能,设计了未修理、铆接修理、胶接修理和胶铆修理4种不同形式的试验件,对其进行了疲劳试验。建立了试验件的有限元模型,得到了结构应力分布,获得了裂纹长度-裂纹尖端应力强度因子(SIF)曲线... 针对胶铆混合连接方式单面修补铝合金板的疲劳性能,设计了未修理、铆接修理、胶接修理和胶铆修理4种不同形式的试验件,对其进行了疲劳试验。建立了试验件的有限元模型,得到了结构应力分布,获得了裂纹长度-裂纹尖端应力强度因子(SIF)曲线,并与试验结果进行了对比。结果表明:胶接修理和胶铆修理能有效降低裂纹处应力水平及裂纹扩展速率,且相对于未修理试验件疲劳寿命分别提升184.3%和197.3%;胶铆修理中铆钉能抑制胶层脱黏,相比胶接修理方式修理质量更可靠有效;有限元分析(FEA)结果与试验数据吻合良好,SIF误差基本保持在8%以内。 展开更多
关键词 修补方式 疲劳性能 疲劳裂纹扩展 有限元分析(FEA) 应力强度因子(sif)
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接触载荷下多层结构中央裂纹K_Ⅰ的数值研究 被引量:2
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作者 张迎军 鲍雨梅 +1 位作者 柴国钟 张盛明 《浙江工业大学学报》 CAS 北大核心 2011年第2期201-205,共5页
采用有限元方法研究了脆性涂层/粘结层/基体系统在接触载荷下所产生的浅层下表面横向中央裂纹系统的应力强度因子.这一裂纹系统起源于脆性涂层的下表面,在一定条件下横向扩展至顶部接触表面,导致结构的最终失效.首先设计了有限单元网格... 采用有限元方法研究了脆性涂层/粘结层/基体系统在接触载荷下所产生的浅层下表面横向中央裂纹系统的应力强度因子.这一裂纹系统起源于脆性涂层的下表面,在一定条件下横向扩展至顶部接触表面,导致结构的最终失效.首先设计了有限单元网格,并以Newman-Raju经验方程解为参考基准,验证了裂纹前缘网格设计的有效性;接着阐述了一些技术细节,并将所设计的裂纹前缘网格应用于一个典型的三明治结构模型,通过改变模型的几何与物性参数,进行了数值研究.研究发现,数值模拟的结果与实验观察到的现象是相符合的. 展开更多
关键词 层状结构 浅层下表面横向中央裂纹 应力强度因子(sif) 接触载荷
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碳纤维复材加固非承重十字焊接接头的应力强度因子与疲劳寿命数值研究 被引量:1
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作者 黄诚 陈涛 《工业建筑》 CSCD 北大核心 2018年第8期197-201,共5页
针对非承重十字焊接接头单侧、双侧裂纹两种情况,分别对其使用碳纤维复材进行单侧、双侧加固,通过有限元方法获得应力强度因子KI,利用NASGRO方程得到疲劳寿命,进而分别对在单侧、双侧裂纹下,两种碳纤维复材加固方法的效果进行比较与评... 针对非承重十字焊接接头单侧、双侧裂纹两种情况,分别对其使用碳纤维复材进行单侧、双侧加固,通过有限元方法获得应力强度因子KI,利用NASGRO方程得到疲劳寿命,进而分别对在单侧、双侧裂纹下,两种碳纤维复材加固方法的效果进行比较与评估。结果表明:单侧裂纹时,单、双侧碳纤维复材加固均可提高结构的疲劳寿命,并且单侧加固效果略优于双侧;双侧裂纹时,双侧碳纤维复材加固可以显著提高结构疲劳寿命,但单侧加固反而缩短裂纹扩展寿命。为延长结构疲劳寿命、保证加固效果,需要根据单、双侧裂纹情况选择合适的加固方式。 展开更多
关键词 碳纤维复材 应力强度因子(sif) 裂纹扩展寿命 数值分析
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含多裂纹对接板应力强度因子三维有限元分析 被引量:3
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作者 冯振宇 柴崇博 +1 位作者 邹君 牟浩蕾 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期237-244,共8页
应力强度因子(SIF)分析是含多部位损伤(MSD)结构的裂纹扩展分析及寿命预测的基础,对于连接结构采用简化模型难以考虑次弯曲、铆钉变形等因素影响。本文建立了含MSD对接板的三维有限元模型,研究了不同损伤模式、设计构型和约束条件下的... 应力强度因子(SIF)分析是含多部位损伤(MSD)结构的裂纹扩展分析及寿命预测的基础,对于连接结构采用简化模型难以考虑次弯曲、铆钉变形等因素影响。本文建立了含MSD对接板的三维有限元模型,研究了不同损伤模式、设计构型和约束条件下的裂纹尖端SIF分布特性以及随裂纹长度的变化规律。结果表明,孔边裂纹Ⅰ型SIF起主导作用,Ⅱ型和Ⅲ型SIF可忽略不计;由于次弯曲效应,SIF从外表面到内表面近似呈线性关系逐渐增加;MSD裂纹之间存在较强的干涉作用,且裂纹间距离越短数量越多,干涉作用越强;SIF随拼接板厚度增加呈先增加后降低的趋势,原因是拼接板刚度和铆钉柔度对铆钉载荷传递有一定影响;采用埋头铆钉会使SIF值增加,且内外表面差异变得更大;反翘曲约束对裂纹尖端SIF均值影响很小,但能显著降低SIF沿厚度方向的变化。 展开更多
关键词 多部位损伤(MSD) 对接结构 应力强度因子(sif) 三维有限元 铆接
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预应力FRP加固RC梁界面疲劳裂纹扩展行为研究 被引量:9
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作者 谢建和 黄培彦 +1 位作者 郭永昌 刘锋 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2011年第7期180-185,216,共7页
以预应力纤维增强复合材料(FRP)片材加固钢筋混凝土(RC)梁为研究对象,探讨了该类加固梁中FRP与混凝土之间界面疲劳裂纹的扩展规律。基于界面裂纹尖端的力学分析模型,理论推导了三点弯曲加固梁的界面裂纹应力强度因子(SIF)的计算公式,分... 以预应力纤维增强复合材料(FRP)片材加固钢筋混凝土(RC)梁为研究对象,探讨了该类加固梁中FRP与混凝土之间界面疲劳裂纹的扩展规律。基于界面裂纹尖端的力学分析模型,理论推导了三点弯曲加固梁的界面裂纹应力强度因子(SIF)的计算公式,分析了FRP预应力水平对SIF的影响,并结合加固梁的界面裂纹扩展实验,提出了该类加固梁界面疲劳裂纹扩展速率的半经验公式。研究结果表明:加固梁的界面疲劳裂纹扩展可分为裂纹快速扩展、稳定扩展及失稳扩展3个阶段;在加固梁失稳破坏之前,界面疲劳裂纹的扩展速率可以Paris公式的形式表示;SIF在加固梁跨中界面起裂时具有最大值,随着界面裂纹长度的增大而减小;在受拉钢筋弹性变形的范围内,与无预应力FRP加固梁相比,预应力FRP加固梁界面裂纹的SIF明显偏大。 展开更多
关键词 纤维增强复合材料(FRP) 界面裂纹 应力强度因子(sif) 疲劳裂纹扩展 应力 钢筋混凝土梁
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分布载荷作用下多铁性圆柱复合材料的断裂分析
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作者 张俊 靳莹 朱炳任 《装甲兵工程学院学报》 2018年第1期106-112,共7页
针对多铁性圆柱复合材料因其外表面上存在不同类型的轴向分布载荷而出现的界面裂纹问题,建立了断裂力学分析模型。首先利用分离变量法和无穷级数法推导出该模型的Cauchy奇异积分方程组,然后利用Lobatto-Chebyshev配点法离散该方程组为... 针对多铁性圆柱复合材料因其外表面上存在不同类型的轴向分布载荷而出现的界面裂纹问题,建立了断裂力学分析模型。首先利用分离变量法和无穷级数法推导出该模型的Cauchy奇异积分方程组,然后利用Lobatto-Chebyshev配点法离散该方程组为代数方程组,进而得到裂纹尖端应力强度因子(Stress Intensity Factor,SIF)的数值解。通过对数值结果的分析得到:在不同类型的分布载荷作用下,压电层厚度以及分布载荷大小是影响裂纹尖端SIF的主要因素。该研究结果可为此类复合材料在实际工程应用中的防断裂优化设计提供理论参考。 展开更多
关键词 分布载荷 多铁性 界面裂纹 应力强度因子(sif)
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Transient near tip fields in crack dynamics 被引量:2
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作者 BRATOV Vladimir PETROV Yuri UTKIN Alexander 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2011年第7期1309-1318,共10页
Transient effects of stress-strain fields in the vicinity of a stationary crack tip under high rate loads are discussed.Exact analytical solutions to near tip stresses are compared to fields prescribed by leading term... Transient effects of stress-strain fields in the vicinity of a stationary crack tip under high rate loads are discussed.Exact analytical solutions to near tip stresses are compared to fields prescribed by leading terms(one or several) of Williams asymptotic expansion.Influence of load application mode,time(or,which is the same,distance from a crack tip) and Poisson's ratio on this discrepancy is extensively examined.Some effects connected with crack tip propagation speed are also discussed.Significant inconsistencies between real(or received in numerical solutions of state equations-e.g.finite element computations) crack tip fields and stress intensity factor(SIF) singular field observed by numerous researchers are explained.The scope of problems where SIF field can be used for correct prediction of dynamic stress-strain fields in the crack tip region is established.Possibility to correctly approximate fields that are not SIF dominated,accounting additional terms of Williams expansion,is studied. 展开更多
关键词 transient crack tip fields dynamic fracture high-rate loads asymptotic expansions
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