圆筒表面椭圆裂纹应力强度因子的数值研究

为解决用有限元方法进行三维裂纹问题分析时的难点,通过在裂纹前沿设置奇异单元,建立了圆筒表面椭圆裂纹的断裂力学有限元分析模型;通过Visual Basic对ANSYS的封装调用,编制了便于工程化应用的圆筒表面椭圆裂纹应力强度因子自动分析软件AutoSIFA;运用该软件得到了弯扭载荷作用下圆筒表面椭圆裂纹应力强度因子的变化规律,绘制了裂纹最深点应力强度因子形状修正系数FI的曲线图谱,并拟合出了便于工程应用的相关公式.

U形管周向表面椭圆裂纹应力强度因子分析

通过在裂纹尖端设置奇异单元,建立了受内压U形管弯管部分表面周向椭圆裂纹的断裂力学分析模型,运用有限单元方法对裂纹前沿各点应力强度因子进行了分析研究,得到了裂纹前沿最深点的应力强度因子修正系数F_I随R_i/T、a/b、a/t主而变化的曲线图谱。

弯扭组合载荷下圆管半椭圆表面裂纹应力强度因子的有限元分析

对表面裂纹复合型应力强度因子的研究一直是线弹性断裂力学中的重要课题,例如弯扭组合载荷下圆管半椭圆表面裂纹应力强度因子的计算,到现在也没有一个正确的分析解.考虑到裂尖的应力奇异性,在裂纹前沿手动设置三维奇异单元,用三维有限元法中的1/4点位移法计算弯扭组合载荷下圆管表面椭圆裂纹前沿的Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子,并分析其随裂纹深度增加时的变化规律.运用该方法计算了有关模型的应力强度因子,并与该模型的实验值进行了比较,计算结果和实验结果吻合良好.

半椭圆表面裂纹的有限元仿真

基于MSCMarc有限元软件,采用模块化有限元建模技术和接触技术仿真半椭圆表面裂纹(前缘曲线和节点),采用在裂纹前缘形成辐射状奇异单元网格的建模方法和接触技术来施加边界条件的方法,从而实现裂纹前缘奇异应力场和裂纹模型远场应力的模拟.

弯矩和双轴拉压载荷下含半椭圆表面裂纹平板的极限载荷分析

极限载荷作为含缺陷结构完整性评定的主要参量之一直接影响着评定结果,一直是许多学者关注的重点。多轴载荷条件下含半椭圆表面裂纹平板的极限载荷是当前研究的重要方向。针对含半椭圆表面裂纹平板,基于von Mises屈服准则,推导出了在平板端面施加拉弯组合载荷和在平板两侧施加轴向力的作用下的极限载荷表达式,并通过n1坐标得到了屈服线,研究了平板两侧轴向力的影响。本文解与现有的单轴拉弯组合载荷下的解一致,同时与在相同载荷条件下含矩形表面裂纹平板的极限载荷解做了对比。结果表明:当沿厚度方向裂纹深度较大或沿宽度方向裂纹宽度较大时,矩形裂纹代替半椭圆裂纹会存在过度保守的结果。

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.

半椭圆表面裂纹前缘应力强度因子的计算

在断裂力学中,如何求取应力强度因子一直是一个重要的课题。该文通过MSC.Marc提供的断裂力学模块,采用三维J积分法计算含有半椭圆表面裂纹前缘应力强度因子。首先通过MSC.Marc.Mentat建立特定裂纹体有限元模型,假设裂纹前缘处在平面应变状态下,由MSC.Marc计算出裂纹前沿的J积分,再由J积分计算出裂纹前缘的应力强度因子值。最后将计算结果与经验公式得到的结果进行了比较。仿真结果表明,通过MSC.Marc采用三维J积分法计算的应力强度因子具有较高的准确性和可靠性。

汽轮机叶轮T型叶根槽半椭圆表面裂纹应力强度因子数值研究

为确定在离心力作用下汽轮机叶轮T型叶根槽半椭圆表面裂纹的应力强度因子,采用三维有限元法求解含裂叶轮的位移场。表面裂纹前缘平方根应力奇异性使用由20节点三维等参块单元退化而成的四分之一节点奇异单元来模拟。在有限元分析中,考虑了叶根与叶根槽的接触作用。对具有不同椭圆率的表面裂纹,通过位移相关技术计算了沿裂纹前缘各点的应力强度因子,研究了裂纹长度对沿裂纹前缘各点应力强度因子的影响。数值结果表明:I型、II型和III型应力强度因子都在表面点达到最大值;随着表面裂纹长度的增大,沿裂纹前缘各点的I型应力强度因子也增大。

穿透裂纹和表面半椭圆裂纹模型的失效评定曲线比较

针对弹塑性材料裂纹管道的J积分计算建立了等效穿透裂纹和表面半椭圆裂纹2种有限元模型。在等效穿透裂纹模型中应用了1/4节点单元,在表面裂纹模型中采用了线弹簧单元。用这2种模型计算J积分,分别对3个实际含裂纹管段建立了失效评定曲线。比较了2种模型的失效评定曲线和R6通用曲线的差别,指出穿透裂纹模型偏于保守,建议在油气管道断裂的工程评定中采用半椭圆表面裂纹模型。

裂纹扩展片技术在弧形面上半椭圆表面裂纹长度测试中的应用

简述了裂纹扩展片技术的研究现状和测试原理,标定出应用在单臂悬梁试样弧形面上的单片和串联双片10mm裂纹扩展片的裂纹长度增量与电压增量关系方程。通过扩展片与试样裂纹扩展同步性研究,证明了裂纹扩展片技术应用于弧形面上半椭圆表面裂纹长度测试的可行性。

半椭圆表面裂纹张开位移的一种近似法

由于表面裂纹的应力强度因子的精确解很难得到,本文提出了半椭圆表面裂纹的应力强度因子的一种新求解方法,并尝试在欧文近似算法基础上用有限元算法来试解此类问题;研究了不同载荷下表面裂纹应力强度应子与埋藏裂纹应力强度因子比值的变化及与欧文比例系数进行了比较,验证了本文近似算法的有效性,为工程计算提供了参考依据。

双向载荷对半椭圆表面裂纹J积分的影响

利用三维弹塑性有限元， 计算了双向载荷下半椭圆表面裂纹不同路径Ｊ积分值， 并与单向载荷Ｊ积分值作了比较， 结果表明： 双向应力下Ｊ积分的守恒性不如单向应力下Ｊ积分的守恒性， 且半椭圆表面裂纹表面点Ｊ积分的近似守恒性较表面裂纹最深点处Ｊ积分的路径无关性好许多，

受压弯作用构件半椭圆表面裂纹的疲劳扩展分析

本文给出了半椭圆表面裂纹疲劳扩展的一种有限元仿真分析方法,并对潜艇锥柱结合壳焊趾处压弯联合交变载荷作用下的裂纹扩展进行了计算分析。该方法利用有限元分析计算裂纹前沿应力强度因子,采用Paris公式预测裂纹扩展速率及扩展量,对有限元网格随着裂纹的扩展进行自动重构,从而模拟分析裂纹的疲劳扩展过程。考察了两种初始尺寸半椭圆表面裂纹的情况,计算了裂纹尺寸、应力强度因子随裂纹扩展的变化历程。仿真计算结果表明,初始裂纹尺寸对于疲劳扩展的影响主要体现在初、中期的扩展上,对后期的扩展速率、裂纹形态影响不大;当考虑了焊接区应力集中效应后,扩展的速度提高,总的疲劳扩展寿命下降。本文方法和程序可用于其他较复杂构件表面裂纹的扩展分析。

斜置半椭圆表面裂纹应力强度因子分析

通过大型有限元软件ANSYS,采用实体建模法建立了半椭圆表面裂纹的有限元模型,并分析了具有偏心距的斜置半椭圆状表面裂纹应力强度因子的变化曲线,以及偏心距e、斜置角度α、椭圆角θ对应力强度因子的影响,丰富了半椭圆表面裂纹的研究内容,可为工程实际应用提供参考。

喷丸强化对Ti6Al4V半椭圆表面裂纹J积分和裂纹扩展速率的影响

采用修正的J积分计算方法,考虑残余应力、残余应变和残余应变能,定量计算和分析喷丸强化对半椭圆表面裂纹前沿J积分参数的影响规律。对喷丸强化工艺进行有限元建模仿真,通过改变约束条件生成疲劳裂纹并施加远场载荷,计算J积分和裂纹扩展速率。考虑不同深度的半椭圆表面裂纹和不同丸粒速率对断裂参量的影响。结果表明:丸粒速率一定时,与未喷丸相比喷丸后J积分值的降幅随裂纹深度的增加而减小,喷丸强化有益于抑制疲劳浅裂纹的扩展。当裂纹深度为0.3mm时,裂纹最深点的J积分值由4.25N/mm降低到2.99N/mm,降幅约30.1%。裂纹深度一定时,J积分值随丸粒速率的增大而降低,提高丸粒速率对抑制裂纹扩展更有益。

压电材料中螺型位错和偶极子与半椭圆槽表面裂纹的干涉效应

运用弹性复势方法,研究纵向剪切和面内电场共同作用下无限半平面压电材料中螺型位错和偶极子与半椭圆槽表面裂纹的电弹干涉效应,得到该问题复势函数的封闭形式解答,并由此导出广义应力场、裂纹尖端的广义应力强度因子以及作用在螺型位错上的位错力。算例结果表明:增大材料压电常数会相应增大位错力、位错对裂纹尖端的屏蔽和反屏蔽效应;增大位错离裂纹尖端的距离,位错力会相应减小;变化φ(偶极子臂与x轴正半轴夹角)值会出现一个改变位错偶极子对应力强度因子作用方向的临界值。

半椭圆表面裂纹前缘任意点处J_x与J_y的关系

本文利用三维J积分的定义导出了半椭圆表面裂纹前缘任意点处沿长轴和短轴方向J积分之间的关系。一些半椭圆表面裂纹问题的计算表明本文给出的关系式简单、有效。

钻杆接头表面裂纹的断裂性能研究

定向井的钻井作业中,受到最大拉力的井口附近以及交变弯矩作用的造斜段是钻杆发生断裂的危险范围;接头螺纹及加厚过渡段的截面形状变化比较大,结构复杂,是疲劳裂纹产生的最主要的区域。以API NC50钻杆接头为例,建立了公螺纹根部含半椭圆表面裂纹的接头有限元模型,通过研究拉力、弯矩分别作用下裂纹前缘的断裂性能发现:公螺纹中完整啮合第一扣的根部最容易产生疲劳裂纹;拉力作用下量纲为一的应力强度因子大于弯矩单独作用的情况。另外,得到了螺纹根部裂纹扩展至不同深度的临界形状比,拟合出拉力和弯矩分别作用下量纲为一的应力强度因子随着裂纹扩展的变化规律,为研究位于井口附近以及造斜段的钻杆接头螺纹的疲劳寿命提供依据。

支柱瓷绝缘子表面裂纹应力强度因子的有限元分析

通过ANSYS实体建模方法创建了含半椭圆表面裂纹的支柱瓷绝缘子有限元模型,裂纹前缘采用三维20节点等参退化奇异单元模拟尖端的应力应变奇异性,利用1/4节点法计算了弯曲载荷作用下瓷绝缘子裂纹前沿的应力场强度因子,得出KI随裂纹尺寸、位置及载荷水平改变时的变化规律.计算结果表明:相同条件下,支柱下法兰口与底部第一伞裙之间的表面裂纹最深点具有最大的应力强度因子,且KI值随裂纹形状比的增大而减小,随裂纹深度及载荷的增大而增大.

三维斜置表面裂纹应力强度因子边界元计算及分析

建立半椭圆表面裂纹模型,并借助边界元分析软件FRANC3D计算不同裂纹面网格划分下裂纹前沿不同位置处的应力强度因子,将计算结果与理论解进行比较,分析裂纹面网格划分对计算结果精度的影响,得出最优网格划分;在此基础上计算两种斜置半椭圆表面裂纹前沿不同位置处的应力强度因子,分析斜置角度和椭圆角对裂纹前沿应力强度因子的影响,对工程实际具有参考意义。