基于权函数的有限板边缘裂纹疲劳扩展剩余寿命研究

裂纹是各类工程或机械制造常见的一种缺陷,给设备安全带来重大隐患。针对裂纹在复杂载荷情况下扩展寿命难以准确预测的问题,提出了一种基于权函数的有限板裂纹疲劳扩展的剩余寿命预测模型。首先,引入权函数作为求解影响裂纹扩展速度的应力强度因子,采用Glinka-Shen权函数作为权函数多项式的构建模式,在多项式中选择三个待定系数建立四项多项式。然后利用均布载荷、一次载荷、二次载荷三种载荷作用下的参考应力强度因子,分别与基于权函数应力强度因子的计算式建立等式方程,得到待定系数的三元方程组,通过求解方程组获得三个待定系数值。其次,根据获得的三个待定系数值建立权函数表达式,并基于该权函数实现裂纹在不同长度上的应力强度因子求解,通过对比分析发现,基于权函数的应力强度因子与通用参考通用应力强度因子相吻合,误差在3%之内。最后,根据基于权函数的应力强度因子计算方法,结合通用的裂纹扩展模型Paris公式,求解出有限板裂纹疲劳扩展的在不同裂纹尺寸阶段时的扩展剩余寿命。结果表明,权函数的有限板裂纹疲劳扩展剩余寿命和通用应力强度因子相比,误差在5%之内。

开孔有限板的孔边应力场分析

研究了开椭圆孔有限板的应力集中问题 .应用弹性力学的复变函数理论 ,在各内边界上引入保角变换 ,在外边界上采用分段函数 ,通过傅立叶级数展开 ,计算整个弹性板的应力场 ,给出了开椭圆孔有限板的计算实例 .

有限板中裂纹应力强度因子的计算

采用 Muskhelishvili复势理论和 Riemann-Hilbert 问题的解法,给出了裂纹表面受伪集中力作用时的基本解。并利用“伪力法”和叠加原理给出了含中心斜裂纹的岩石类材料在压缩荷载作用下的应力强度因子的解法,分析了裂纹方向对应力强度因子的影响。利用基本解和边界条件可以计算板长和板宽对应力强度因子的影响。

有限板共线多孔MSD疲劳裂纹扩展有限元模拟

介绍了二维断裂分析有限元软件FRANC2D/L在疲劳裂纹扩展模拟方面的基本步骤.利用该软件对有限板中心孔边对称裂纹的疲劳裂纹扩展进行模拟计算,对比模拟结果和试验数据,发现两者吻合良好,证明了利用该方法模拟疲劳裂纹扩展的可靠性.将FRANC2D/L应用到有限板共线多孔MSD疲劳裂纹扩展的有限元模拟上,得到了各孔边裂纹的长度和疲劳扩展寿命之间的关系曲线.模拟计算结果表明,在相同条件下,有限板中心孔边对称裂纹的裂纹扩展寿命要远远高于MSD结构中中心孔边裂纹的疲劳扩展寿命;由于MSD结构中影响各孔边裂纹的因素有所差异,各条裂纹的疲劳扩展寿命也会有所不同.另外,还给出了不含主裂纹的MSD和含主裂纹的MSD两种情况下的疲劳裂纹扩展历程,通过比较得知,含主裂纹的MSD结构更容易发生裂纹的合并和贯穿致使结构发生破坏.

有限板多孔MSD的应力强度因子计算

首先阐明组合法求解有限板多孔MSD(multiple site damage)应力强度因子的基本原理,然后就组合法运用中比较难以解决的多孔边裂纹间的修正系数问题,提出一种基于复变函数法的有效解决方法。将完善后的组合法应用于有限板多孔MSD应力强度因子的求解,计算某型飞机典型铆接壁板无主裂纹和含主裂纹两种情况的数值算例。通过与有限元结果的比较可知,该方法的计算结果精确、可靠,计算过程简单、易行。提出的近似解析方法能很好地应用于任意分布的有限板多孔MSD裂纹结构,在工程断裂问题中有较好的应用价值。

有限板共线多孔MSD应力强度因子有限元分析

文章应用二维断裂分析有限元软件FRANC2D/L对有限板共线多孔MSD应力强度因子进行有限元仿真分析,得到不同损伤模式下的应力强度因子(SIF)随裂纹尺寸变化的规律。将中心孔模式与已有文献结果进行比较表明,数值较为精确,证明了利用该方法得到的SIF计算结果的可靠性,即不同长度裂纹的SIF计算可有效地通过FRANC2D/L的裂纹扩展功能来实现。计算结果表明,MSD裂纹相比单裂纹的SIF有所增加,随着裂纹长度的增加,这种现象更加明显;在某些情况下,MSD裂纹的SIF可按单裂纹的SIF进行计算;影响MSD裂纹SIF的因素主要是邻近裂纹的长度、裂纹间或裂纹与边界的距离。最后文章给出了无主裂纹的MSD和有主裂纹的MSD两种情况的SIF随裂纹扩展历程变化的规律。

基于有限元的有限板面导纳的数值计算

利用有限元方法对有限薄板结构在均布力作用下的二维面导纳进行数值计算的方法。根据有限元模型的特点,利用有效点导纳的原理,推导出均布力作用下面导纳的计算方法。并将通过有限元方法获得的计算结果与同样模型条件下根据理论公式计算获得的结果进行比较,证明有限元方法简单可行。还研究有限元计算中一些主要参数对计算结果的影响,为今后进行同类有限元计算提供参数设置的参考依据。

受均布速度作用的有限板面导纳研究

针对接触面积上典型的激励形式,均布速度激励,推导有限薄板上面导纳的理论计算方法。在推导过程中,将接触面积离散为较小的子面积,连续分布的激励和响应简化为作用在子面积中心的激励和响应,再利用有效点导纳的定义,获得有限薄板受均布速度激励的面导纳的理论计算公式;根据接触面积上复功率与面导纳的关系,推导出由传递点导纳获得有限板面导纳的测量方法。通过比较理论计算结果和实验测量结果,证明两种方法可行。对计算结果进行的分析还表明,子面积数的增加可以提高理论计算的精度,而测量精度在激励频率较高时受测量装置产生的弯矩影响较大。

梯度非均匀有限板中裂纹动态响应的有限元分析

为了研究梯度非均匀有限板中裂纹动态响应问题,用波动有限元的方法研究了梯度非均匀板中裂纹在冲击载荷作用下的动态响应.通过对裂缝宽度与到裂端距离插值的方法求裂尖端处的动态应力强度因子(DSIFs),对指数衰减脉冲作用下弹性模量按单向线性变化的梯度非均匀有限裂纹板进行了数值计算.结果显示:无论板材料梯度参数及裂纹长度如何变化,裂尖处动态应力强度因子时程均呈起始快速上升转而缓慢下降;无论在什么时刻,裂尖处动态应力强度因子随裂纹的长度减小而减小,随板材料的功能梯度参数增大而减小.

含孔边裂纹各向异性有限板的二维问题

应用边界元法，并结合一种特殊的复变函数基本解，研究了含孔边裂纹的各向异性有限板的应力强度因子修正系数的计算。这种特解边界元法避免了在裂纹附近划分单元，可以获得较好的数值计算精度。通过算例分析，结果表明本方法精度高，运算量小，具有一定的工程应用价值。

椭圆孔对各向异性有限板应力分布的影响

本文采用Ｌｅｋｈｎｉｔｓｋｉ弹性平面双调和方程，利用保角变换技术构造Ａｉｒｙ应力函数的Ｌａｕｒｅｎｔ级数表达式，通过孔边界条件准确满足和外边界条件配点满足的方法确定其解．文中最后以矩形板为例，分析了不同的孔径与板尺寸的比值和不同孔方位情况下的应力分布情况．

具裂纹不同弹性材料有限板焊接的混合问题

具裂纹不同弹性材料有限板焊接的混合问题沈永祥，苑杰（四平师范学院数学系，吉林四平，１３６０００）（梅河口市卫生学校，吉林梅河口，１３５０００）设有界弹性板Ｓ是由两种不同各向同性弹性材料板Ｓ一、Ｓ一套焊而成，其边界为Ｐ。，焊接线为厂；，弹性系数分别为。...

Winkler地基上有限板问题的计算

文献给出了Winkler地基上无限大板在集中力作用下的解。本文在此基础上,利用零阶柱函数的性质,导出了Winhler地基上无限大板在集中力偶作用下的解。对于有限板问题,采用补偿荷载法求解,可较好地解决此类问题。

有限板及球或柱面声波入射下的吻合效应

通过理论分析和数值计算就有限板以及球或柱面波入射情况下的吻合频率、吻合效应区的传声损失进行了研究.结果显示,有限尺寸平板与无限大板相比,吻合频率处的隔声量变化不大,但在临界频率和吻合频率处出现2个隔声低谷,使整体隔声量下降;而平板尺寸大小对吻合效应区及临界频率以上的隔声量影响不明显;球面波和柱面波入射时,吻合效应仅在板上部分区域出现,对隔声量的影响较平面波入射要弱.

有限板结构的面导纳

为了恰当表述面接触安装方式下的振能传递,本文介绍了面导纳的概念,针对更能反映实际基座结 构的有限薄板模型推导出面导纳计算方法,对简支和钳制矩形薄板叙述了具体过程并进行了数值计算,比较了边界 条件等设计参数对其的影响。

含椭圆孔有限板应力集中的复变函数直接解法

采用复变函数级数展开方法研究了含椭圆孔的有限大矩形板在承受拉伸和剪切载荷时的应力场和应力集中系数,通过直接对边界力的差值进行最小化求取级数中的待定系数,避免了通常采用的将椭圆孔变换成圆孔的保角变换过程,从而极大地简化了求解过程.与有限元计算的对比分析表明,对于承受单向拉伸载荷的含中心椭圆孔(两轴比在0.7至2之间)的有限尺寸矩形板,计算精度高,且较之传统的保角变换法更简单,易于应用.另外,给出了计算含中心椭圆孔(两轴比为0.8)的细长板在拉伸载荷作用下以及含中心圆孔的细长板在面内剪切载荷作用下孔边应力集中系数的经验公式,便于工程应用.

基于弹性板模型的塔里木盆地北部新生代沉降模拟:对南天山隆升的启示

在印度-欧亚板块碰撞远程效应影响下,天山造山带在新生代活化隆升,与其南缘相邻的塔里木盆地北部发生挠曲沉降并沉积了巨厚的新生代地层,该巨厚新生代地层和造山沉积地层为本文进一步探究南天山隆升过程提供了关键的沉积记录。本文采用有限弹性板数值模拟的方法,对盆地新生代不同时期基底沉降剖面分别进行建模研究。结果表明:盆地沉降受沉积负载和构造负载共同控制,66~<5.3 Ma期间沉积负载对盆地沉降的贡献量小于或等于构造负载的贡献量;约5.3 Ma至今沉积负载对盆地沉降的贡献量远大于构造负载。南天山构造负载变化速率表现为66~<26.3 Ma缓慢增长;26.3~<5.3 Ma南天山稳定增长;约5.3 Ma至今南天山造山带构造负载高度快速增长。基于对盆地沉降过程的分析,限制南天山新生代初始隆升时间为古近纪,其相对海拔高度从400 m增长到2 500 m;虽然在约5.3 Ma至今南天山相对海拔高度保持稳定,但构造负载高度仍在增加,这可能是盆地俯冲作用的加剧在一定程度上抑制了造山带平均海拔高度的增长,进而导致南天山的侵蚀和隆升达到相对平衡。

聚能射流侵彻有限厚钢靶后效参数的特性

为研究聚能射流对有限厚钢靶的侵彻后效参数特性,开展了小口径聚能装药射流成型及侵彻带有靶后效应物的有限厚靶板实验,利用ANSYS/LS⁃DYNA有限元软件进行了聚能射流侵彻有限厚靶板作用过程数值模拟计算,分析了靶板厚度、炸高及靶后效应物密度对聚能射流侵彻后效参数的影响,包括剩余射流头部直径d、头部速度v及后效引爆炸药能力参数v^(2)d。研究结果表明:随着靶厚的增加,后效引爆威力v^(2)d呈现线性衰减趋势,厚度每增加20 mm约损失初始引爆威力参数的16%;在聚能射流保持连续的炸高范围内,随着炸高的增加,后效引爆威力参数v^(2)d呈现先增大后减小的趋势,其驻点出现于炸高为8倍聚能装药口径处;在常见的炸药密度范围内,随着靶后效应物密度ρ的增大,引爆威力参数v^(2)d衰减速率呈现先减小后增大的趋势;在相同时刻下,v^(2)d⁃ρ曲线存在一个驻点,v^(2)d最大值分布于ρ=1.6~1.8 g·cm^(-3),且驻点位置随侵彻时间增大而右移。

功能梯度材料有限宽板的反平面断裂问题研究

研究了功能梯度材料有限宽板中与板边平行的III型裂纹问题.假设材料的剪切模量沿板宽度方向呈指数规律变化,利用Fourier变换将问题描述为奇异积分方程,并进一步将未知的位错密度函数表示为Chebyshev多项式的级数式,从而将奇异积分方程化为线性代数方程组进行配点数值求解.基于数值结果,讨论了材料非均匀性参数、板和裂纹的几何参数等对应力强度因子(SIF)的影响.研究表明,SIF随裂纹长度的增大而增大,随裂纹所在区域材料刚度的增大而减小;板越窄,SIF对非均匀性参数的变化越敏感,且变化规律也越复杂.随着非均匀性参数的增大,SIF既可能增大也可能减小还可能基本保持不变,这主要取决于板的相对宽度和裂纹的相对位置.当裂纹位于板的中央或当板较宽时,SIF对非均匀性参数的变化都不太敏感.

有限厚度板穿透裂纹前缘附近三维弹性应力场分析

通过三维有限元计算来研究有限宽度、有限厚度含有穿透裂纹板的裂纹前缘应力场 ,从中找出应力强度因子与板的厚度、裂纹长度之间的关系 ,同时还分析了裂尖的三维约束程度和三维约束区的大小。分析结果表明 :应力强度因子沿厚度的分布是不均匀的 ,应力强度因子的最大值及其位置与厚度有关 ;有限厚度板中面应力强度因子 (KI) m -p 及最大应力强度因子 (KI) max 均大于平面应力或平面应变的应力强度因子。对有限厚度裂纹问题 ,按平面应力或平面应变来考虑是不安全的 ;板中面的应力强度因子 (KI) m -p 及最大应力强度因子 (KI) max 是厚度B/a的函数 ;板的中面离面约束系数Tz 最大 ,自由面 (z=B)Tz =0。沿厚度方向裂尖附近的离面约束系数Tz 也是z/B和B/a的函数 ,随着厚度的增加离面约束系数Tz 增大 ,离中面越近离面约束系数Tz 越大。Tz 随着x的增大急剧减小 ,三维约束影响区域大小大约为板厚的一半 ,且裂纹长度a/W对应力强度因子沿厚度变化规律及Tz 影响区域大小影响较小。