STRESS INTENSITY FACTORS OF A PLATE WITH TWO CRACKS EMANATING FROM AN ARBITRARY HOLE

In this paper, Muskhelishvili complex function theory and boundary collocation method are used to calculate the stress intensity factors (SIF) of a plate with two cracks emanating from an arbitrary hole. The calculated examples include a circular, elliptical, rectangular, or rhombic hole in a plate. The principle and procedure by the method is not only rather simple, but also has good accuracy. The SIF values calculated compare very favorably with the existing solutions. A t the same time,the method can be used far different finite plate with two cracks emanating from a hole with more complex geometrical and loading conditions. It is an effective unified approach for this kind of fracture problems.

THE SOLUTION OF A CRACK EMANATING FROM AN ARBITRARY HOLE BY BOUNDARY COLLOCATION METHOD

In this paper a group of stress functions has been proposed for the calculation of a crack emanating from a hole with different shape (including circular, elliptical, rectangular, or rhombic hole) by boundary collocation method. The calculation results show that they coincide very well with the existing solutions by other methods for a circular or elliptical hole with a crack in an infinite plate. At the smae time, a series of results for different holes in a finite plate has also been obtained in this paper. The proposed functions and calculation procedure can be used for a plate of a crack emanating from an arbitrary hole.

开孔试件的表面粗糙度对疲劳寿命影响的定量分析

对不同表面粗糙度的开孔铝板进行了疲劳试验。根据试验结果,利用回归分析方法建立了开孔试件的表面粗糙度对疲劳寿命影响的经验公式;通过扫描电镜进行了断口分析,揭示了表面粗糙度对裂纹形成方式的影响。最后,运用细节疲劳额定值法对开孔试件的疲劳寿命进行了可靠性分析。

一维六方压电准晶三角形孔边裂纹反平面问题

通过引入合适的数值保角映射,利用Stroh型公式研究一维六方压电准晶中正三角形孔边裂纹的反平面问题,给出在电非渗透边界条件下三角形孔边裂纹尖端的场强度因子和能量释放率。通过数值算例,讨论场强度因子和能量释放率随缺陷几何尺寸和力电荷载的变化规律。结果表明:随孔边裂纹长度的增加,场强度因子先急剧增加后减小,并趋于定值1,正三角形孔洞的尺寸对其影响可忽略不计;声子场和相位子场机械载荷总是促进裂纹扩展,而电位移对裂纹的扩展极大地依赖于声子场和相位子场载荷的大小。

椭圆孔边角裂纹应力强度因子的权函数求解方法

飞机结构中一些用作检查的开口常常设计为椭圆孔,椭圆孔边三维裂纹应力强度因子的计算是该类结构损伤容限分析的关键技术。应用组合法思想构造了椭圆孔边裂纹的权函数,给出片条合成法求解含椭圆孔边三维角裂纹应力强度因子的求解方法,计算了椭圆孔边角裂纹受远方拉伸情况下的应力强度因子,研究了椭圆孔曲率半径对应力强度因子的影响,给出可供工程参考的结果和结论。

铆钉填充锪窝孔边角裂纹应力强度因子分析

采用工程有限元软件ANSYS建立含铆钉填充锪窝孔板有限元模型,计算了不含铆钉填充的锪窝孔边单侧扇形角裂纹、含铆钉填充净配合锪窝孔边单侧扇形角裂纹和含铆钉填充锪窝孔在不同干涉量下孔边单侧扇形角裂纹前缘的应力强度因子的值,分析了铆钉与锪窝孔干涉配合量对孔边裂纹前缘应力强度因子的影响规律,给出了铆钉与锪窝孔干涉配合时的最佳配合量及有效干涉量范围,为铆钉设计提供了参考数据和指导性建议,对于铆接结构设计具有重要的工程实用价值。

承载紧固孔边应力强度因子

1.孔边穿透裂纹应力强度因子 采用宽度修正系数FB(c/W),可得紧固件孔边裂纹的SIF式中f_1(α/R)、钉载作用时的FB(c/W)以及未开裂应力σ_Y(X)。对双向载荷下的宽度修正系数,采用文献的数据最小二乘拟合。

锪窝填充孔孔边角裂纹应力强度因子的有限元分析

对锪窝填充孔孔边角裂纹应力强度因子进行研究对提高结构安全性具有重要意义。根据飞机上常用的锪窝铆接典型结构,运用ANSYS软件对锪窝孔孔边角裂纹进行有限元分析,建立铆钉与锪窝孔接触模拟铆钉对锪窝孔的填充作用。计算得到含铆钉填充以及空孔时锪窝孔边不同裂纹尺寸下裂纹前缘的应力强度因子分布。对比分析结果表明:铆钉填充能显著降低锪窝孔边角裂纹的应力强度因子,提高结构寿命。

飞机平尾大轴(圆管)孔边角裂纹张开型应力强度因子的封闭解

本文提出了一种新的工程-解析方法,导出了飞机平尾大轴孔边角裂纹应力强度因子的封闭解。这种能量释放率方法非常节省机时,可以获得大量系统的新结果。

非正态参数圆孔间裂纹扩展寿命的可靠性分析

机械设备不可避免地存在许多圆孔结构,孔边是应力集中多发区域,许多裂纹发源于孔边,因此研究孔边裂纹扩展寿命对结构的疲劳寿命评定具有重要的实际意义.工程实际中结构尺寸、材料特性、载荷等因素常常具有不确定性,裂纹扩展过程是一个随机过程,研究随机裂纹扩展更加符合工程实际.以材料属性和载荷为随机变量,采用Paris-Erdogan公式计算裂纹扩展寿命,裂纹扩展方向采用最大周向应力准则,在随机有限元法的基础上,结合计算可靠度的四阶矩法、Edgeworth级数展开,提出随机参数服从任意分布时的结构疲劳裂纹扩展寿命可靠度的计算方法.研究了参数服从任意分布时平板上两圆孔之间的疲劳裂纹扩展寿命可靠性相关问题,模拟了裂纹扩展路径,得到裂纹扩展寿命可靠度随裂纹扩展的变化趋势,从结果看出裂纹扩展速率不断加快,可靠度随着裂纹扩展逐渐降低,结构的剩余强度逐渐变小.新方法对孔边产生的裂纹扩展寿命可靠性分析具有一定的理论意义.

求解含孔边裂纹各向异性板应力强度因子的复变—广义变分方法

本文提供了一个求解含孔边裂纹正交各向异性板应力强度因子的复变一广义变分方法.首先建立满足所有弹性力学基本方程式和裂纹表面边界条件的应力与位移级数表达式.然后应用广义变分原理满足其余边界条件从而确定应力强度因子.计算表明,级数收敛迅速,结果与有限元法非常一致,而所需机时较少.

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。

孔边角裂纹近门槛区疲劳裂纹扩展规律及门槛值研究

基于三维裂纹特征,本文提出了一种测量孔边角裂纹近门槛区疲劳裂纹扩展速率及门槛值的实验方法。为了得到真实的裂纹形状变化规律,首先针对具体试样用勾线方法建立其“b-a”标定曲线。参照门槛值的标准测试方法,本文仅需测量“a”方向裂纹尺寸,然后用标定曲线换算共相应的“b”方向尺寸。这样我们就可以得到关于“a”和“b”的两组数据,而这两个方向代表孔边角裂纹特征方向。通过分别对30CrMaSiNi2A和2024T3材料的实测研究,证明本文提出的测试方法是可行的。在实验数据基础上,进行了结果的统计对比,得出:1.“a”和“b”方向的近门槛区疲劳裂纹扩展速率及门槛值基本一致;2.孔径大小对实验结果没有影响。;3.同样厚度情况下,孔边角裂纹试样的近门槛区疲劳裂纹扩展速率编高,而门槛值相应较小。

圆管孔边角裂纹剪切型应力强度因子的封闭解

在飞机全动平尾大轴中,经常出现孔边角裂纹。本文提出了一种新的工程-解析方法,导出了飞机平尾大轴孔边角裂纹剪切型应力强度因子的封闭解。这种能量释放方法非常节省机时与人力,可以获得大量系统的新结果。

磁电弹性材料中椭圆孔带四条裂纹反平面问题

利用复变函数方法并引入合适的保角映射,研究了磁电弹性压电材料中椭圆带四条裂纹的反平面问题。利用Cauchy积分公式在磁电全渗透和磁电全非渗透两种边界条件下,给出了场强度因子和能量释放率的解析解。磁电全非渗透时电位移强度因子和磁感应强度因子不受材料的影响,在磁电渗透时电位移强度因子和磁感应强度因子均受到材料的影响。

无限大板椭圆孔边四不等长裂纹问题的有限截项法

对无限远处受任意角度单向均匀拉伸应力作用的无限大板椭圆孔边四不等长裂纹的有限截项法进行研究。结果表明:随着水平右端裂纹长与椭圆孔半长轴的比值增大,有限截项法的解与解析解的拟合程度增高;椭圆孔边四不等长裂纹退化为水平双裂纹时,所得结果与已有文献中的结果一致。

锪窝孔边角裂纹应力强度因子参数敏感性分析

针对工程中常见的锪窝铆接结构,借助大型软件ANSYS对其孔边角裂纹进行有限元分析。通过改变结构几何厚度和锪窝孔的高度,研究含铆钉填充时锪窝孔边角裂纹应力强度因子的参数敏感性。通过对比分析,发现锪窝孔边角裂纹前沿应力强度因子与锪窝高度正相关,与结构厚度负相关;当锪窝高度与结构厚度之比为定值且大于0.5时,按比例同时改变锪窝高度与结构几何厚度,裂纹前沿应力强度因子可近似认为相同。

受远方拉伸的孔边角裂纹的应力强度因子

本文应用作者近年来发展的三维权函数法计算了孔边角裂纹受远方拉伸情况下的应力强度因子,所得结果与文献中的解进行了广泛的比较,并讨论了二维无裂纹应力分布对权函数法所得结果的精度的影响。文中为这一问题补充了新的解答。

磁电弹性体中纳米孔边任意位置贯穿裂纹的解析解

本文研究了反平面机械载荷、面内电载荷和面内磁载荷作用下磁电弹材料中含有纳米尺度孔边任意位置贯穿裂纹的Ⅲ型断裂力学性能.基于Gurtin-Murdoch表面弹性理论考虑纳米缺陷(孔洞和裂纹)的表面效应,利用磁电弹理论和复变弹性理论获得了纳米缺陷表面为磁电不可通条件下磁电弹场的精确解,给出了贯穿裂纹两端裂尖的磁电弹场强因子的解析表达.所得结果与已有研究比较说明了本文方法的有效性.讨论了裂纹位置、裂纹相互作用与施加多物理场载荷对无量纲磁电弹场强因子的影响.结果表明:贯穿裂纹裂尖的无量纲磁电弹场强因子尺寸效应显著;缺陷表面效应对裂纹耦合尖端场的影响受裂纹位置的制约;无量纲磁电弹场强因子受贯穿裂纹两端的裂纹长度比与施加力电磁载荷的显著影响.

一维六方准晶中带光滑顶点的正三角形孔边裂纹的反平面问题

本文通过引入合适的保角映射,利用Stroh公式和复变函数方法研究一维六方准晶材料中含光滑顶点的正三角形孔边裂纹的反平面问题,得到正三角形孔边裂纹尖端的场强度因子和能量释放率的表达式.通过数值算例,讨论了裂纹长度和正三角形孔口边长比值对等效场强度因子和能量释放率的影响,以及耦合系数和机械载荷对能量释放率的影响规律.结果表明:裂尖等效场强因子只与裂纹长度有关,而孔洞大小对其影响可忽略;裂纹长度、耦合系数和机械载荷总是促进裂纹扩展.