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承受弯曲的板在裂纹顶端附近的应力和变形

1.引言板壳结构是工程中常用的一种受力结构元件,对于有裂纹板的弯曲问题己经发表了一批著作,绝大部分是采用了克希霍夫经典板理论,应用此理论进行断裂分析在理论上是有重大缺陷的.这是由于经典板理论对于裂纹面边界条件只是近似地满足,因此不能正确反映裂纹尖端附近的力学性质.对于Reissnor[”理论的分析工作从六十年代以来就开始了.由于问题的复杂性,长期进展不快.有代表性的是Knowlts和Wa; 19【”以及Hartranft和Sihl3)的工作,他们用积分变换的方法求解问题,他们得到了问题的首项表达式.这是一个近似的形式.为了更好的了解有裂纹情况下板的力学性能以及更可靠的进行近似分析和计算应力强度因子的目的,类似于平面问题的williams展JI,本文对含有裂纹的Reissner型板的弯曲问题进行了分析,具体给出了前若干项广义位移和广义内力的表达式. 2.墓本方程和求解步骤考虑一块含有一直线裂纹板的弯曲问题,取原点在裂纹顶端上,x轴...  (本文共8页) 阅读全文>>

《固体力学学报》1983年01期
固体力学学报

具有翼形、唇形缺陷的薄板的弯曲问题

薄板,是工程结构中的重要部件之一研究薄板在弯曲载荷作用下,缺陷尖端附近的应力场和应力强度因子,不仅有理论意义,而且具有一定的实用价值. 1952年williams[‘l对拉伸载荷下,板中缺陷角点处的应力奇异性作了定性的讨论,并指出薄板弯曲时,角点附近具有类似的奇异性.1961年,Williams[zJ利用特征值展开方法详细导出了弯曲时直线裂纹尖端的应力表达式.与拉伸情况相同,尖端附近应力场(如几,ay)存在l/心下的奇异性.1965年,Sih工3j将Hilbert边值间题推广至板内,求得了直线裂纹尖端的应力强度因子.应用Mycxe二HlllB二JIH的复变函数理论和保角映射方法[’J,苏联学者解决了板内含有多种曲线缺陷的弯曲问题,这些成果都已列入最近出版的BePe、HouK。盆等所写著作〔sJ的附录中.〔6〕中研究了带唇形缺陷薄板的弯曲和扭转问题,应用CaBHH17,的求解方法,得到了应力强度因子的表达式.但由于基本方程中已预先...  (本文共6页) 阅读全文>>

燕山大学
燕山大学

外载荷作用下裂纹尖端通电时瞬间应力场及应力强度因子

近年来,飞机、轮船失事时有发生。其中,由于机翼断裂、起落架断裂、螺旋桨叶片断裂等断裂问题所引起的事故占了相当大的比重。这些断裂都是因为外在载荷作用在已经由于疲劳产生了裂纹的零部件上,使其裂纹进一步扩张,超过极限,而最终发生的。断裂问题已经给国家财产和人身安全造成了严重的损失。如何防止带有机械载荷的零件和构件产生裂纹,裂纹发生后如何阻止其扩展,一直是我们所关注的一个重要研究课题。 电热止裂是近几年兴起的一个研究课题,现已初具成果,它是利用导电体的裂纹尖端电流的集中和电热效应原理,通过在特定方向向含裂纹的导电薄板内通入瞬间电流的办法,达到止裂的目的。 本文是在以往理论研究的基础上,通过在含有机械载荷的裂纹薄板为出发点,研究裂纹尖端在通电时的应力场,同时用了两种方法进而推导出综合应力强度因子: 第一:从电流出发推导出热应力强度因子和单独外载荷作用下的应力强度因子,使得两个强度因子线性叠加,得到综合应力强度因子。 第二:从应力场出发分别...  (本文共93页) 本文目录 | 阅读全文>>

《计算结构力学及其应用》1987年03期
计算结构力学及其应用

用杂交/混合奇异有限元法计算应力强度因子

前言 确定应力强度因子,是断裂力学的一个主要任务。对于任意的结构型式和裂纹形状,有限元法是确定应力强度因子的最为得力的方法。到目前为止,对于二维裂纹问题,已有很多计算应力强度因子的有限元方法。这些方法各有其独特的优越性。关于对这些方法的综述,可参考文献〔1一6〕,此处不再瞥述。但是,由于裂纹尖端处存在应力奇异性,问题仍然显得很复杂。因此,有必要进一步研究既简便易行,而又有效的计算应力强度因子的新的有限元方法。 本文是根据1982年卞学错教授等人提出的建立杂交/混合有限元列式方法〔‘,‘」’的分析思想,并参考了有关位移杂交法和应力杂交法在裂纹分析中的应用的文〔2,3〕,成功地将杂交/混合模型应用于二维裂纹分析中,并推导出杂交/混合奇异有限元模型。本文所提出的方法比传统的位移法和各种杂交法更具有一般性和灵活性。同时,该方法由于解的奇异部分是以正确的解析形式提取出来的,因此,有限元分析的节点位移就相当于没有奇异性的解了。这样,该方法的...  (本文共9页) 阅读全文>>

《小型内燃机与摩托车》2008年04期
小型内燃机与摩托车

铝合金活塞的应力强度因子计算

引言活塞在工作过程中,其顶部承受了交变的热负荷和机械负荷。热负荷是引起活塞顶部烧蚀和热裂的主要因素,而机械负荷则容易导致在活塞销座处产生应力集中。交变负荷的长期作用,使得活塞裙部外凸、活塞销发生弯曲变形。这样的变形使活塞销座内侧上端处产生了很大的棱缘负荷,造成了局部疲劳失效,最终导致销座产生裂纹。以往,研究人员采用有限元方法分析某一工况活塞的变形和应力变化特性,确定应力集中部位,应用局部应力-应变法考虑活塞裂纹产生的原因[1~2],而从裂纹尖端场的应力强度因子出发,研究销座处的裂纹情况却少之又少。因此,本文采用有限元方法,在某汽油发动机活塞最大爆发工况状态下进行稳态模拟研究。同时,分析了温度场与机械应力场对活塞裂纹尖端处的应力强度因子的影响。1活塞应力场分析1.1活塞有限元模型整个活塞可看作是对称实体,因此本文建立了带活塞销的1/2三维活塞实体模型。如图1所示。为提高分析精度,网格采用六面体等参单元进行划分,并对接触界面活塞销座...  (本文共4页) 阅读全文>>

《南京理工大学学报(自然科学版)》1982年01期
南京理工大学学报(自然科学版)

用“过渡元”确定二维裂纹体的应力强度因子

引言 在线弹性断裂力学中裂纹尖端的应力强度因子K:、K。、K。:是重要的参量,当应力强度因子K值到达临界值K。时,就要发生失稳断裂,在研究工程结构的断裂问题时必须计算该结构的应力强度因子,新设计的测定K。的试样,也需要有K的标定公式。对于几何形状及受力情况比较简单的裂纹体,其应力强度因子K的计算大多已经解决〔1〕,而对于几何形状或受力情况比较复杂的裂纹体,求应力强度因子的分析解很困难。用有限元法确定应力强度因子是最有效的方法。 用有限单元法计算应力强度因子,可以分成两类方法。 (一)使用常规单元的方法。 (二)考虑裂纹尖端的奇异性特点,构造不同的奇性单元的方法。这种方法目前国内外我们见到的可归纳为以下四种情况。〔2〕 (1)奇性元素位移模式采用线弹性断裂力学中位移公式系统。 〔3、4、5〕 (2)奇性元素位移模式采用复杂的多项式。〔6〕 (3)杂交单元。 (4)通过适当改变等参元边中结点的位置,使单元具有所需要的奇异性。〔7〕〔...  (本文共12页) 阅读全文>>