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一种计算裂纹扩展的表达式

正确的描述在疲劳载荷下或静载荷下,裂纹的扩展规律,对于估算构件的使用寿命和裂纹扩展量是非常重要的.有关疲劳裂纹扩展速率的研究工作很多,Hoeppner和KruPp阴曾列举了33种阐述裂纹扩展速率的公式.这些公式基本上是由两部分组成的:一部分是与材料所受的应力或应力强度因子有关;另一部分是由实验确定的材料常数.每个公式都有其一定的使用条件和范围,如室温、中速率扩展区、循环特征为零等等.少数的也考虑了循环特征的影响,并且应用范围较广泛一些. Karl一Heinz Sehwalbe〔2〕提出的下述表达式作了相应的改进:da(1一Zv)“万万一=4(1+n)二。矛乙卫玉、’‘”\万气/(△K一△K。)2尤。 K。一尤。。x(l)式中一部分与材料常数有关,不再需要通过裂纹扩展速率实验确定;另一部分与应力强度因子有关.(l)式全面地考虑了材料机械性质对疲劳裂纹扩展的影响.但是,与常数有关的部分,其表达式较为复杂,并且仅适用于循环特征为零的情...  (本文共3页) 阅读全文>>

重庆大学
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裂纹问题的空间变换理论及其在数值计算中的应用

土木工程领域涉及的诸多材料存在天然的内部缺陷,如混凝土存在诸多细小的裂纹,岩体在复杂的构造应力和地质作用条件下产生许多天然节理和裂隙。这些内部缺陷往往是导致工程事故的重要因素,在各类大型工程中备受关注。扩展有限元法(XFEM)是最近15年发展和应用的一种分析不连续问题的数值模拟方法,该方法以单位分解法为基础,继承了传统有限元法成熟的理论与技术,通过引入裂纹面的跳跃函数和裂纹尖端的渐进位移场函数来反映裂纹面位移不连续特性和裂纹尖端应力集中和奇异性,计算过程无需重新划分网格,克服了传统有限元法在计算断裂问题时对网格的依赖性,计算效率大大提高。本文基于学者对扩展有限元法的已有研究,提出了一种可以广泛应用于分析裂纹扩展和连接过程中涉及到的非线性问题的方法。研究工作主要有以下几个方面:(1)进行了含有多根预置裂纹的类岩石试样的单轴压缩试验。首先,根据试验系统采集的全应力-应变曲线,研究了裂纹倾角和非重叠长度对试样力学特性的影响,揭示了预置...  (本文共193页) 本文目录 | 阅读全文>>

昆明理工大学
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不同应力比下ADB610钢疲劳裂纹扩展速率的试验研究

ADB610钢是采用微合金化控轧控冷工艺生产的新一代焊接无裂纹低合金高强度结构钢,被誉为21世纪的“绿色钢材”。随着现代工业化的发展,合金结构钢的发展越来越注重提高其使用的可靠性和经济性,也就是在满足结构强度的前提下,提高结构的安全性和使用寿命。ADB610钢具有良好的力学和焊接性能,在多个领域中得到了广泛运用,目前对此钢性能的研究多数仅限于常规的力学性能、焊接性能以及冲击韧性等方面,然而,作为零件抗断设计及剩余寿命估算中的重要依据——裂纹扩展速率的研究却很少见,尤其是在不同工况下的疲劳裂纹扩展行为更是未见报道。因此本文以应力比R作为切入点,对ADB610钢的疲劳裂纹扩展行为进行试验研究。首先采用标准紧凑拉伸试件(CT试件),对ADB610钢进行不同应力比下的疲劳裂纹扩展试验,得到不同应力比R下的疲劳裂纹扩展数据(a,N)和(da/N,△K)。以Paris公式为出发点,研究了应力比R对其疲劳裂纹扩展速率的影响,得到了不同应力比R...  (本文共112页) 本文目录 | 阅读全文>>

上海交通大学
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船海结构物疲劳热点裂纹应力强度因子及其扩展路径预报方法研究

船舶和海洋平台作为大型焊接结构,由于受海上复杂风浪载荷作用,其疲劳热点处的应力场复杂多变。为了预报含裂纹结构的剩余寿命,必须精确计算复杂应力场中裂纹扩展路径和应力强度因子。本文对船舶与海洋工程结构中的疲劳热点结构形式进行了研究,总结了求解典型节点应力强度子的方法。研究了复杂应力场中的裂纹扩展路径以及残余应力和结构冗余对裂纹扩展路径的影响。主要内容总结如下:(1)将CCS在规范中规定的疲劳评估节点分为四类,分别使用三维有限元方法求解第一类、第二类、第三类节点的应力强度因子修正系数并和BS7910公式对比。结果表明:第一类节点与BS7910公式吻合良好;第二类节点裂纹在趾端范围内时应力强度因子修正系数较BS7910公式大,超过趾端范围内时,应力强度因子修正系数发生突变快速下降并逐渐趋近于1;第三类节点裂纹应力强度因子修正系数在整个范围内较BS7910公式大。且第二类节点、第三类节点裂纹应力强度因子修正系数和BS7910公式结果相差都...  (本文共101页) 本文目录 | 阅读全文>>

重庆大学
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疲劳裂纹扩展数值模拟方法及其在核压力管道LBB分析中的应用

本文针对核压力管道疲劳裂纹扩展的特点,提出一种可以直接施加本质边界条件的耦合有限元/无网格Galerkin算法(FE/EFG)。将整个计算模型划分成两种类型的子域,FE子域和EFG子域。在裂纹前沿附近区域设置EFG子域,其余区域设置FE子域,充分利用有限元法计算效率高,EFG方法计算精度高的特点,减少计算规模,提高计算精度。此外,在疲劳裂纹扩展模拟过程中,采用FE/EFG耦合算法,数值模型能够方便、快捷地得到更新。根据有限元方法与无网格方法之间的内在联系,提出整个数值模型区域采用有限单元进行离散。将这些单元按其使用性质和位置分为A、B、C三类。A类单元为常规有限单元;B类单元为与耦合面相连的单元;C类单元为处于EFG子域中的单元且仅作为背景积分网格使用,为了提高计算精度,可对其进一步细分。通过这种单元分类方式,FE/EFG耦合算法的计算程序流程更加清晰明了,同时提高了程序的通用性。本文针对当前三维裂纹应力强度因子计算方法中存在的...  (本文共139页) 本文目录 | 阅读全文>>

昆明理工大学
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国产非调质CF钢焊接接头裂纹扩展速率的试验研究

ADB610是国产新一代非调质焊接无裂纹低碳贝氏体钢,由于其良好的力学和焊接性能,在多个领域中得到了广泛运用,但目前对此类钢材性能的研究多数仅限于常规的力学性能、焊接性能以及冲击韧性等方面,然而,作为零件及焊接构件抗断设计及剩余寿命估算中的重要依据——断裂韧性和裂纹扩展速率的研究却很少见报道。因此本文首先从试验的角度,对ADB610焊接接头的断裂韧性和恒幅载荷作用下的疲劳裂纹扩展速率进行研究;然后,再从数值方法的角度对其裂纹扩展速率进行研究,最终,根据试验和数值两种方法确定的疲劳裂纹扩展速率表达式,分别对试样的裂纹扩展寿命进行估算和比较。其中对疲劳裂纹扩展试验数据进行分析时,分别采用了四种常见的可靠性分析方法:(1)基于(a,N)数据统计分布的da/dN可靠性研究、(2)基于(da/dN,△K)数据统计分布的da/dN可靠性研究、(3)基于引入随机函数的da/dN可靠性研究、(4)蒙特卡罗法的da/dN可靠性研究。而数值方法的研...  (本文共88页) 本文目录 | 阅读全文>>