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。     

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。     

基于ABAQUS的渐开线齿轮齿根裂纹扩展仿真

齿轮在传动过程中经常发生断裂,严重影响了齿轮的使用。本文研究了齿轮齿根裂纹扩展特性,为齿轮安全设计打下基础。通过Pro/E参数化建模建立一对啮合渐开线齿轮,加载一定载荷后通过分析得到最大应力区域、假定裂纹源头和初始裂纹方向;在应力强度因子的计算过程中,从线弹性断裂力学角度出发,应用ABAQUS软件计算得到裂纹尖端应力强度因子;根据最大周向应力法,计算了裂纹失稳后的扩展角,并在ABAQUS中分步模拟了裂纹的扩展趋势;当kI值发生突变后,裂纹迅速扩展以致轮齿断裂。     

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。     

三维疲劳裂纹扩展仿真的双重边界元法

运用双重边界元方法求解三维疲劳裂纹前沿的应力应变场,基于Forman理论、最小应变能密度法和Elber模型,采用增量步裂纹扩展分析方法,并根据裂纹几何形状的改变,对裂纹面进行网格重划分和迭代计算,模拟了三维裂纹的扩展和预测裂纹扩展寿命.获得了裂纹前沿各点的扩展长度、扩展方向和应力强度因子等特征量.扭力轴表面裂纹扩展的应用实例表明该方法正确合理.     

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。     

实心/空心杆结构的损伤容限与疲劳寿命估算

对飞机辅助动力装置的支撑杆(实心和空心)的损伤容限进行了研究.该研究探索一旦支撑杆损伤出现微小裂纹,飞机是否还能够安全着陆.首先,计算了两种可能用作支杆结构的裂纹应力强度因子KI,并提出了等应力强度因子的计算模型iso-KI,该模型避免使用材料参数,采用有限元法计算裂纹.然后,将问题进行了参数化,对于不同的材料、内外径比(Din/Dout)及外部裂纹扩展角(θ),得到了通用的应力强度因子KI与裂纹尺寸的关系.最后,用面向对象编程方法,将计算结果集成到程序中,在有统计载荷谱的情况下,可以估算出支撑杆的损伤容限寿命.     

飞机结构多处损伤研究现状

多损伤是老龄飞机最主要的损伤形式,在文中介绍了多损伤应力强度因子的计算方法和多裂纹连通准则,飞机结构多损伤裂纹扩展模型和可靠性分析研究现状.     

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。     

陶瓷材料压缩加载下的动态失效研究

利用脆性材料的动态应力强度因子与裂纹传播速度相关,考虑氧化铝陶瓷动态断裂韧性与静态断裂韧性的差异,采用新的裂纹扩展破坏判据对分枝裂纹阵模型进行改进。在SHPB（分离式Hopkinson压杆）上进行了单轴应力和单轴应变实验,所测得的实验结果与改进的分枝裂纹阵模型计算结果符合较好。     

劲条止裂性能的分析方法

对于含裂壁板，采用劲条进行局部加强，可以阻止或延缓裂纹的扩展。本文对此作了理论分析，提出了劲条跨过裂纹对称加强时，裂纹尖端、劲条与壁板胶结界点以及劲条端点处应力强度因子的计算方法。在此基础上，通过数值计算，考察了劲条的刚度参数以及问题的一些几何特征参数对劲条止裂性能的影响规律。结果表明，本文方法对于劲条止裂性能的分析是有效的，它不仅能够准确地处理其中的应力奇异性问题，而且运算快速省时，便于进行优化设计。     

涡轮盘热力耦合及中心孔疲劳裂纹扩展研究

基于有限元软件ABAQUS/Franc3D,对某型航空发动机涡轮盘在热-机械载荷作用下的疲劳裂纹扩展规律进行研究。首先,进行涡轮盘网格无关性验证以保证计算精度;其次,针对涡轮盘进行导热分析以确定温度分布;再次开展了热-力载荷联合作用下的应力应变计算、静强度校核;最后,计算了中心孔处疲劳裂纹扩展参量以及疲劳裂纹扩展寿命。研究结果表明:该涡轮盘在最大转速状态下静强度满足要求,中心孔区域为应力集中危险点。裂纹尖端温度变化速率随着裂纹的深入而增加,导致了裂纹尖端应力场的扰动,裂纹由I型模式转为I/II混合模式。疲劳裂纹扩展寿命预测结果偏于危险,但可为涡轮盘损伤容限设计提供依据。     

铝合金板广布疲劳损伤载荷谱加重的数值分析

在三排45孔铝合金试验件载荷加重试验基础上,对该模型进行了细致的有限元计算,系统地分析了广布损伤裂纹尖端相互影响因子分布和载荷加重裂纹扩展规律。结果表明:对于两个裂纹参数ai和aj影响的裂纹尖端相互影响因子βi,随着aj的增加而增加,随着ai的增加而减小;对于3个参数ai,aj和ak影响的裂纹尖端相互影响因子βi,随着aj和ak的增加而增加,随着ai的增加而减小;载荷加重后对β没有影响,这是由于有限元模型进行的是线弹性分析。由有限元法、构件疲劳额定系数法和构件细节数效应系数法3种方法计算的载荷1.2倍加重后的裂纹扩展量Δa1.2和原载荷扩展量Δa的比值η,在加载比较小,裂纹比较短时,多裂纹的扩展可以看作独立的裂纹扩展,可以吻合得很好,大约在2左右;但是当加载比较大,裂纹比较长时,裂纹尖端的相互影响因子变大,裂纹的扩展会快速增加,用有限元法可以更好地预测。     

冷胀孔单边穿透裂纹的应力强度因子计算方法

给出孔单边穿透裂纹在残余应力作用下的应力强度因子计算方法和步骤，并用算例检验此方法的准确性。对于残余应力场已知的冷胀孔，用本文方法求孔单边穿透裂纹的应力强度因子是简单和准确的。     

冲击载荷作用下动态应力强度因子的研究

应用有限元法研究了带有表面裂纹的厚壁筒在冲击载荷作用下动态应力强度因子的计算问题，给出了合理的计算方法，分析了影响动态应力强度因子的有关因素     

远场应变法测量应力强度因子

本文给出一种将常规电阻应变片贴在距裂纹尖端较远处测量Ⅰ型裂纹应力强度因子K_1的方法。此法实际上是一种实验法与数值法相结合的方法。用实验法测出应变,应变又可以用含待定系数的Williams级数表示,它们组成一组线性代数方程组。解此方程组,可获得待定系数,由待定系数与应力强度因子的已知关系,可求出K_1。 远场应变测量法,避开了裂纹尖端邻域应变梯度很大的区域和可能的塑性区,因而应变测量比较准确。 测出的应变输入数据处理设备及计算机就可以快速实时地知道含裂纹结构在承载情况的K_1,便于进行破坏控制,使设备安全而可靠的工作。     

压电体表面Maxwell应力对断裂的效应

研究了压电固体外表面Maxwell应力和裂纹内表面Maxwell应力对断裂的效应。采用复变函数理论与Stroh公式,理论分析了半穿透裂纹内外环境介质对电场、裂纹张开位移以及裂纹应力强度因子的影响,并通过数值算例讨论了在纯电场作用下以及在力-电耦合载荷作用下裂纹的扩展行为。结果表明,压电体表面的Maxwell应力对裂纹的扩展有重要的影响。     

关于Westergaard应力函数的可加性

当n个加载机构分别作用于相同的带裂纹结构上,并且对于每个加载机构情况下的Westergaard函数Z_(Ik)(z)(k=1,2,…n)都已知,则对应于n个加载机构同时作用的Westergaard函数Z_I(z)=ΣZ_(Ik)(z)。并且总的应力场(包括裂纹尖端的应力强度因子)可以按Z_I(z)来计算。     

一种旋翼轴裂纹扩展寿命分析方法

提出了一种旋翼轴裂纹扩展寿命分析方法。以某型号传动系统旋翼轴为研究对象,通过应力分析确定了疲劳破坏危险部位,建立了旋翼轴裂纹扩展的有限元模型。计算裂纹前沿的应力强度因子,对不同疲劳破坏危险部位进行了裂纹扩展的仿真分析,预测旋翼轴裂纹扩展寿命。通过对旋翼轴故障件进行分析验证了方法的可行性,该分析方法可用于直升机旋翼轴损伤容限设计。     

不同预腐蚀时间下微动对搭接件疲劳寿命影响研究

通过对不同预腐蚀时间下搭接件疲劳试验和断口宏微观的分析,得到不同预腐蚀时间下微动对搭接件疲劳寿命的影响规律。引入应力强度因子影响系数β用于修正微动效应对搭接件孔边裂纹应力强度因子的影响,针对不同腐蚀时间裂纹成核位置不同,利用裂纹扩展分析软件AFGROW建立了考虑微动影响的两种疲劳寿命计算模型。研究结果表明:微动和腐蚀的交互作用使搭接件的寿命减少更大,对于未腐蚀和腐蚀较轻的搭接件,由于微动作用,裂纹一般起源于螺栓孔处靠近螺栓孔沉孔区的螺栓体区,微动损伤占主导;对于腐蚀较重的搭接件,腐蚀占主导作用,裂纹一般起源于孔壁与接触面相交处。在考虑微动影响下,疲劳寿命预测值与试验值吻合较好,模型更加合理。