三维广布裂纹疲劳扩展分析

 飞机结构表面由于腐蚀、疲劳等原因存在三维广布裂纹,相邻裂纹在疲劳载荷作用下相互影响、相互促进,从而加速了结构破坏。为了探讨并求解三维广布裂纹结构的疲劳寿命,选取表面有两个半椭圆形表面裂纹的有限厚矩形板为计算模型,采用参数化有限元方法,求解裂纹前沿的应力强度因子、裂纹扩展方向和裂纹扩展增量,建立并应用应力强度因子变化历程,采用循环接循环损伤累积方法,对结构在疲劳载荷作用下的寿命进行了预测。预测结果为复杂环境中三维广布裂纹飞机结构的寿命评估提供了参考。     

三维裂纹应力强度因子的有限元计算分析

在大型有限元工程软件ANSYS中,对于裂纹应力强度因子的二维计算已经有了比较完善的方法[1]. 但在对三维裂纹的应力强度因子求解问题上目前所采用的方法主要是靠人工手动地生成节点,然后再生成单元和结构.这种方法工作量大,不利于结构程序化,特别是对复杂结构更为难以实现.本文利用三维实体建立计算模型,对模型进行独特的局部网格划分,以孔边角裂纹为例阐述了在ANSYS中, 三维裂纹应力强度因子计算分析的简捷方法.并将计算结果和现有理论结果进行对比分析,其计算精确程度完全满足工程要求[2].     

广布损伤的试验研究与有限元分析

 通过对无钉载3排平行孔平板和无钉载3排交错孔平板从无裂纹开始的疲劳试验,发现应力大小对是否出现广布损伤(MSD)有重要影响,首裂孔和断裂排位不总是一一对应。在试验中观察到了MSD的竞争现象,证实了群发小裂纹也是MSD中一种重要的破坏形式。采用FRANC2D/L建立了对生裂纹、非对生裂纹和单裂纹3种开裂模式的有限元模型。计算结果表明:短裂纹扩展过程中,裂纹间干涉效应不明显,3种模式的应力强度因子增长趋势相近;而对于长裂纹,试验和有限元计算都证明了裂纹间的干涉显著地加快了裂纹的扩展。     

飞机装配连接中受拉螺栓表面裂纹应力强度因子的估算

本文在模拟飞机装配连接中螺栓实际受力工况实际的基础上,对在某型飞机装配连接时所使用的 所使用的３０ＣｒｍｎｓｉＡ 螺栓纹根据部处的表面裂纹在拉－拉载荷下应力强度因子Ｋ进行了初步研究。     

受拉螺栓表面裂纹应力强度因子的估算

本文在实验的基础上,对螺栓螺纹根部处的表面裂纹在拉一拉载荷作用下应力强度因子K进行了初步研究,通过对已有圆柱体的表面裂纹应力强度因子公式的分析、比较,采用类比的方法,推出了受拉螺栓表面裂纹应力强度因子K的表达式,并借助于实验加以验证。     

加筋板广布疲劳损伤模式及剩余强度分析

给出了两种加筋板广布疲劳损伤模式和两种加筋板广布疲劳损伤剩余强度判据，并用这两种判据对3种形式损伤的加筋板剩余强度进行了预测，预测结果和试验结果符合得很好。     

受均匀内压作用的偏置孔边径向裂纹的应力强度因子的一种求解方法

本文利用一种新的混合法——光弹性实验与权函数解法相结合求解了孔壁受均匀内压作用偏置圆孔边径向裂纹的应力强度因子,该方法具有简单、经济、精度高等优点,对分析复杂应力场中圆孔边穿透裂纹问题,该方法同样适用,且优点更为突出.     

组合法，类比法和内力再分配因子修正法在加筋板广布疲劳损伤应力强度因子计算中的应用

给出了用组合法，类比法计算蒙皮含多处损伤的应力强度因子，在此基础上，再利用内力再分配因子修正法计算蒙皮含多处损伤，中央桁条含 裂纹的应力强度因子。并使这些工程方法用于实际加筋板广布损伤的应力强度因子计算，这些工程方法使用简便。     

Research on the Plane Multiple Cracks Stress Intensity Factors Based on Stochastic Finite Element Method

Taylor stochastic finite element method (SFEM) is applied to analyze the uncertainty of plane multiple cracks stress intensity factors (SIFs) considering the uncertainties of material properties, crack length, and load. The stochastic finite element model of plane multiple cracks are presented. In this model, crack tips are meshed with six-node triangular quarter-point elements; and other area is meshed with six-node triangular elements. The partial derivatives of displacement and stiffness matrix with respect to all the random variables obtained by Taylor SFEM are derived. Meanwhile, the mean and variance expressions of SIF under uncertain factors are also derived. Parallel double-crack illustrative example of using the proposed method is given. The calculation results indicate that the uncertainty of SIF is influenced by the distance of the cracks, the smaller the distance of cracks is, the greater the SIF uncertainty is, and the uncertainties of material elastic modulus, load and crack length markedly affect the uncertainty of SIF; and the Poisson ratio of material has little influence. Among the variables, the elastic modulus has the greatest effect on SIF uncertainty. The next is external load. The crack length has lower effect on SIF uncertainty than both the elastic modulus and external load.     

单边缺口拉伸试样喷丸强化残余应力及其三维应力强度因子分析

采用有限元计算软件ABAQUS/Explicit建立40Cr钢单边缺口拉伸(SENT)试样喷丸强化的三维有限元模型,分析各喷丸参数与强化后残余应力场的关系。用三维裂纹权函数法求解了三维表面裂纹在喷丸残余应力场下的应力强度因子,并分析各喷丸参数对残余压缩应力强度因子K_res的影响。计算结果表明:当裂纹尺寸较小时,表面残余压缩应力越大,残余压缩应力强度因子绝对值-K_res越大;随着裂纹尺寸的增加,残余压应力层越深,-K_res最大值的发生位置也越深;当裂纹达到一定尺寸时,-K_res受残余压应力场深度变化规律的影响,即残余压应力场的深度越大,-K_res越大。     

机械连接件中螺栓孔角裂纹应力强度因子数值计算(英文)

The three-dimensional finite element method is used to solve the problem of the quarter-elliptical comer crack of the bolt-hole in mechanical joints being subjected to remote tension. The square-root stress singularity around the corner crack front is simulated using the collapsed 20-node quarter point singular elements. The contact interaction between the bolt and the hole boundary is considered in the finite element analysis. The stress intensity factors （SIFs） along the crack front are evaluated by using the displacement correlation technique. The effects of the amount of clearance between the hole and the bolt on the SIFs are investigated. The numerical results indicate that the SIF for mode I decrease with the decreases in clearance, and in the cases of clearance being present, the corner crack is in a mix-mode, even if mode I loading is dominant.     

双向梯度复合材料裂纹尖端应力强度因子研究

为了进一步改善梯度复合材料力学分析及设计水平,推导了一种适用于双向梯度复合材料断裂特性分析的梯度扩展单元法(XFEM).采用细观力学方法描述材料沿梯度方向变化的力学属性,通过线性插值位移场给出了4节点梯度扩展单元随空间位置变化的刚度矩阵,建立了结构的连续梯度有限元模型,并采用交互能量积分计算得到了裂纹尖端的应力强度因子(SIF).通过与已有文献结果对比验证了梯度扩展单元的优越性,并讨论了双向梯度结构中相关参数对SIF的影响规律,得到结论:梯度扩展单元能够提高梯度材料中裂纹尖端SIF的计算精度,其计算结果随着网格密度的增加迅速收敛于精确解;双向梯度结构的组份分布形式和属性梯度能够明显影响裂纹尖端的SIF;对于多裂纹双向梯度结构,裂纹间的相互作用增大了裂纹尖端的SIF,弹性模量大的一侧SIF较大.     

圆管内表面周向三维裂纹应力强度因子的新解法

对圆管内表面周向三维裂纹应力强度因子的求解,发展了传统的能量差率方法,同时研究了新兴的双重边界元理论,并运用这两种新解法,分别获得了关于裂纹张开位移的伯努利方程的半数值半工程封闭解和基于非连续裂尖奇异单元离散的应力强度因子数值解。并讨论了应力强度因子与裂纹形状a/c及裂纹深度a的关系,两者比较分析发现,其计算结果规律是一致的,且能量差率方法更保守,也更安全。     

含多处损伤搭接结构应力强度因子有限元分析

 采用铆钉的两种表现形式（详细杆元和简化的弹簧元）的组合方式建立了含多处损伤(MSD)多铆钉搭接结构的有限元模型,通过分析得到了不同损伤模式下的应力强度因子(SIF)随裂纹扩展历程变化规律的曲线。结果表明,相对于单裂纹和无腐蚀情况,MSD和腐蚀损伤都会增加SIF值,当裂纹间距大于孔间距一半时,可不考虑裂纹间干涉效应;在给定的循环应力幅下,应力强度因子幅随干涉量的增加而降低,但干涉量大到一定值时,SIF对其不再敏感;铆钉材料对SIF的影响很小,而铆钉直径增大20%,SIF约增加6%。反平面翘曲对SIF有很大的影响,相对于无反平面翘曲,SIF下降一个数量级。     

铝合金板广布损伤裂纹扩展顺序的数值分析

在三排45孔铝合金板广布疲劳损伤试验基础上,对模型进行了有限元计算,系统研究了广布损伤裂纹尖端相互影响因子分布和裂纹扩展顺序规律。结果表明:裂纹尖端相互影响因子βi,当受两个裂纹参数ai和aj影响时,其随着aj的增加而增加,随着ai的增加而减小;当受三个参数ai、aj和ak影响时,其随着aj和ak的增加而增加,随着ai的增加而减小。循环数N相等时,模式I扩展最快,模式II最慢,模式III的扩展间于模式I模式II之间,但比较接近模式II,这是由于模式III下孔裂纹比较接近于模型中间位置,受模型边界的影响较小。以上结论表明,在实际工程应用中,多裂纹出现在模型中间要比靠近边界安全。     

应力强度因子的区间分析方法

 传统上用来处理不确定性问题比较有效的方法是概率分析方法,本文应用区间分析方法对具有不确定参数的应力强度因子进行估计。该方法以区间数学为基础,将不确定参数描述为区间变量;再利用Taylor级数展开通过区间运算得到应力强度因子的区间范围,从而为工程设计提供可信的数据。区间分析方法优于传统的概率分析方法的是：它不需要预先知道关于不确定参数大量的统计数据信息,并且具有计算方法简便、实用和精度高的特点。最后,通过对两种裂纹情况的计算将区间分析方法和传统的概率分析方法进行比较,说明了该方法的有效性。