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。     

平板锥形膜盒应力强度因子计算

基于梁理论和薄板理论分别建立了平板锥形焊接膜盒的理论计算模型,推导了膜片焊菇处裂纹尖端的应力强度因子在轴向外载和压力下的计算公式。为评估理论计算公式的准确性,基于ABAQUS的围线积分方法计算了裂纹尖端的应力强度因子。结果表明薄板模型的应力强度因子计算结果与有限元解吻合更好,误差在10%以内。     

TC-4钛合金材料低频疲劳裂纹扩展速率的测试

本文利用TC-4高压气瓶瓶料加工小试样,进行了低频疲劳裂纹扩展速率的测试。实验结果证明,对TC-4钛合金材料,采用较小尺寸试样测试da/dN是可行的;预制疲劳裂纹时用NASA推荐的最大疲劳应力强度因子K_(max)=0.6K_(1e)是过高的。实验结果还说明,用Paris公式进行数据处理精度是足够的;在低频情况下采用不停机测量裂纹长度是比较好的。本文除了给出da/dN测试结果外,还给出了数据处理的方法。     

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。     

一种等应力强度因子试件

计算了含中心裂纹的矩形板(高为2H,宽为2W)的应力强度因子。板的对称面内距离为2y_0的两点承受大小相等方向相反的一对集中力P作用。采用的分析方法是含待定常数的复应力函数与广义变分原理相结合的方法。此复应力函数精确地满足裂纹表面的边界条件,其余边界条件由广义变分原理近似地满足。 当H=2W,y_0=0.3W,a=(0.2-0.45)W(a为半裂纹长度),计算结果表明,应力强度因子近似为一个常值,它取1.938P/(πW)~(1/2),相对误差小于0.75％。 若采用上述几何尺寸的试件测试疲劳裂纹扩展常数,将可大大简化试验程序和试验数据处理工作。     

胶合搭接连接的界面应力

采用边界元法计算了分析了具有理想界面和非理想界面的双板条胶合搭接连接的界面应力。经计算得到了完整胶合界面时界面应力的分布,得出在胶合界面两端出现了应力集中现象;胶合界面发生开裂后的界面应力分布,理想界面裂纹尖端的复应力强度因子和非理想界面裂纹前洞的应变能密度。     

功能梯度压电材料反平面断裂问题研究

基于三维弹性理论和压电理论，导出了材料系统在横观各向同性平面内梯度分布的压电体的状态方程；进而对材料系数按指数函数规律分布的半无限大压电体中的反平面裂纹问题进行了求解；利用Fourier变换给出了半无限大压电体中位移、应力的形式解；并求得了裂纹尖端的应力强度因子及电位移强度因子，分析了不同材料系数及几何因素对它们的影响。     

含椭圆夹杂或裂纹的圆柱扭转问题研究（英文）

基于复势函数理论,提出了一种简明的方法来研究含多个椭圆夹杂或裂纹圆柱体的Saint-Venant扭转问题。首先,应用Faber级数展开,导出了具有N个椭圆夹杂圆柱体的复势函数表达,然后计算圆柱体内部的切应力和扭转刚度。当椭圆夹杂退化为裂纹时,获得裂纹尖端应力强度因子解。最后,通过数值算例与已有文献结果对比验证了本文方法的正确性,并进一步讨论了几何参数、不同软硬夹杂相对基体的剪切模量比和椭圆夹杂或裂纹的阵列形式对局部应力场的影响。通过数值分析表明本文方法具有精度高、收敛性好等优点。     

最小二乘和奇异值分解法在边界元法中的应用

采用最小二乘与奇异值分解结合的方法，给出求解系数矩阵不满秩的线性代数方程组的数值方法，进而将此方法应用于边界无法中，处理给定外力的第一边值问题，特别地用于处理给定外力的三维裂纹问题。此外，本文还给出求解三维有限体裂纹问题的超奇异积分方程组，并使用有限部积分与边界元法为其建立了数值法。最后计算了若于典型例子的应力强度因子，数值结果与现有文献的相比，符合很好。     

结构两平面穿透裂纹交互影响研究

有限元重合网格法是研究断裂力学问题,特别是多裂纹问题的有效数值方法。本文基于有限元重合网格法,计算分析了受拉伸载荷作用的有限宽平板中两平面穿透裂纹在不同位置和方向的应力场分布,并计算出不同情况下裂纹尖端的交互因子以探索多裂纹的相互作用对应力强度因子的影响规律。研究结果表明裂纹间的相互作用在不同位置和方向条件下会对裂纹尖端应力场产生强化或屏蔽效应。本文的结果和结论可以为多裂纹损伤容限分析提供参考依据。     

应变测量数据在全尺寸飞机结构疲劳试验裂纹检测中的应用

通过对全尺寸飞机疲劳试验中同一载荷状态下多次重复测量应变数据的统计分析,根据其变化规律和贴片位置,预估飞机结构可能产生裂纹的区域,并利用无损检测确定裂纹的具体位置和长度,为全尺寸飞机疲劳试验探索一种新的裂纹检测方法。     

基于局部应力应变法估算高周疲劳寿命

以往用局部应力应变法计算结构高周疲劳寿命不好的主要原因是在损伤与寿命计算中没有考虑缺口应力梯度等的影响。文中利用疲劳缺口系数对应变－寿命曲线的弹性分量进行修正,从而可以较好地反映缺口根部应力梯度等对疲劳寿命的影响,使得局部应力应变法不仅可适用于低周疲劳寿命分析,也用可以用于高周疲劳寿命分析。文中给出的方法简单,精度了,便于工程应用。     

MSD对老旧飞机搭接结构完整性的影响

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。     

含多部位损伤搭接结构应力强度因子三维有限元分析

应力强度因子(Stress intensity factor,SIF)分析是含多部位损伤(Multiple site damage,MSD)结构剩余强度和裂纹扩展寿命预测的基础和关键。考虑接触与摩擦,建立了含MSD搭接结构的三维有限元模型,研究了不同裂纹长度、铆钉类型以及损伤模式下裂纹尖端SIF分布情况和变化规律。结果表明,搭接件孔边裂纹Ⅰ型SIF起主导作用,Ⅱ型和Ⅲ型SIF可忽略不计。由于次弯曲、铆钉变形和板厚度等因素,SIF在外表面最小,接触面一侧较大,最大值多位于蒙皮内部。MSD会使裂纹间的干涉作用增强,SIF增大,且裂纹间距离越近干涉作用越强。裂纹长度相同时,埋头铆钉的孔边裂纹SIF积分均值大于平头铆钉,且接触面的SIF埋头铆钉大于平头铆钉,外表面则相反。     

空间柔性充气结构分布式光纤裂纹损伤监测方法

空间柔性充气结构作为一种航天器基本组成单元,在气闸舱、空间居住舱等领域受到越来越多关注。针对此类结构损伤状态的智能辨识,对于目前正在开展的深空与星际探测具有重要意义。为此,本文提出了一种基于分布式光纤传感器的空间充气结构裂纹损伤实时监测技术。借助ANSYS有限元分析方法,数值模拟得到含裂纹损伤的充气结构模型在不同内压载荷作用下的应变响应与分布规律。在此基础上,通过由芳纶编织而成的柔性充气结构表面布置分布式光纤光栅传感网络,实时采集不同位置与程度损伤对应的表面应变分布与变化信息。提取能够表征结构裂纹特征的辨识参量,建立光纤传感器应变响应差值与裂纹损伤长度之间的关系模型,实现裂纹损伤区域定位与损伤长度识别。研究结果表明,本文所提方法具有非视觉测量、实时性好以及多种功能复用等优点,能够为未来空间柔性充气结构服役状态辨识与在轨快速维护提供技术支撑。     

疲劳裂纹扩展门槛值试验方法的探讨

本文就恒K控制的K梯度法疲劳裂纹扩展门槛值试验的实施方法。从硬件、软件及数值处理等方面进行了探讨,提出了用软、硬件滤波相结合的方法来减小裂纹长度测量值的波动,以提高试验的测量与控制精度。同时讨论了采用通用性较好的能描述全过程的疲劳裂纹扩展速率表达式进行外推估计疲劳门槛值的方法及其实际应用。本文也指出用王永廉提出的表达式将包含有低速扩展段数据点的试验数据进行曲线拟合外推,即能得到实用的门槛值数据,而试验时间比标准试验要少得多。     

镀膜光纤声光相位调制器频率响应特性的研究

本文对光纤声光相位调制器（OF—AOPM）的频率特性进行研究。分析了OF—AOPM的调相原理，研究结果表明：在调制频率远离氧化锌压电薄膜的半波谐振频率的时候，光相位的调制不仅依靠径向应力。同时还依靠轴向应力。通过同时考虑径向和轴向应力的变化，得出了OF—AOPM在整个频率域范围内的响应特性。     

硬化材料反平面应变Ⅲ型裂纹尖端塑性损伤分布

采用一种新的韧性损伤力学模型及非耦合解法，求得了硬化材料反平面应变（Ⅲ型）裂纹尖端损伤区的边界方程和塑性损伤的分布。以ＤＥ３６海洋平台钢及Ｃ－Ｍｎ结构钢为例作了具体分析，得到了一些有意义的结果。     

工程塑料应变测试误差的研究

本文采用了五种不同尺寸的应变片,在不同的测试电压下,利用四分之一桥电路和半桥电路,用system 4000应变仪测定了四种常见的工程塑料的静态表观应变。实验发现,这些工程塑料的表观应变具有明显的滞后特性,测试的表观应变值与测试电压成正比,与应变片的面积成反比。它还直接与测试时间、所测材料的传热能力、弹性模量以及它与应变片栅丝的热膨胀系数差值有较大关系。本文也比较了半桥测试法和四分之一桥测试法的结果,结果表明,四分之一桥测试法的测试误差远大于具有热补偿作用的半桥测试法,然而半桥测试法的热补偿作用仍然未令人满意。本文为此作出了一些解释,并提出了减小和消除测试误差的方法和途径。     

一种提高风洞天平灵敏度的测量方法

传统应变测量方法在小量程气动力测量方面存在灵敏度不高的问题。针对此现象,从单分量入手,设计以位移测量法为基础的悬臂梁天平。以3台悬臂梁天平为例:1台传统应变天平,2台不同槽深的新型位移天平,分别进行静态校准试验及有限元仿真。将光纤应变计应用于1 mm 槽深位移天平,进行准度计算;将光纤、电阻2种应变计同时粘贴在传统应变天平及2mm槽深位移天平,进行2种应变计及2种测量方法的性能对比。由试验结果可知:试验中1mm槽深位移天平准度为0.02%;2mm槽深位移天平位移法测量灵敏度相比传统测量方法提高3倍;2mm槽深位移天平灵敏度为1mm槽深天平的1.57倍,但准度有所下降。本研究为小量程气动载荷的测量提供新思路。