论文摘要
应力强度因子K是裂纹尖端附近应力应变场强度的表征,可作为判断裂纹是否进入失稳状态的一个指标,因此,获得裂纹体的应力强度因子是线弹性断裂力学研究中一项重要工作。本文详细介绍了四种二维裂纹尖端应力强度因子的数值分析方法,虚拟封闭积分方法、修正的虚拟封闭积分方法、应力外推法和位移外推法。基于此四种计算分析方法,利用有限元软件建立二维双边直裂纹试样模型,计算裂纹尖端的应力强度因子,比较在裂纹尖端附近不同精度网格条件下不同计算方法的精确度。从中挑选出精确且计算步骤少的修正虚拟封闭积分方法,并将其应用于二维复合型裂纹应力强度因子的计算和分析,把计算结果与二维解析参考值相比较,验证其计算二维复合裂纹问题的准确性。在此基础上把该方法广义化,提出三维广义化的虚拟封闭积分方法作为三维裂纹问题的计算方法,并验证其计算三维裂纹问题的有效性。为了进一步验证广义化的修正虚拟封闭积分方法在计算三维裂纹问题时的有效性,建立了三维单边直裂纹的紧凑拉伸试样的有限元模型。为便于三维裂纹应力强度因子与二维理论解析参考值比较,在该原始模型上加入平面应变边界约束条件。采用此数值方法分别计算模型在平面拉伸和剪切加载条件下裂纹尖端的应力强度因子和能量释放率,并将平面应变边界约束条件下的应力强度因子值与二维解析参考值相比较,验证了该数值方法在计算三维裂纹问题时的有效性和准确性。在此基础上,对带有倾斜裂纹平面的三维紧凑拉伸试样进行有限元分析,计算在施加不同角度载荷力时裂纹尖端的应力强度因子和应变能量释放率。通过与三维单边直裂纹的紧凑拉伸试样进行比较,分析并总结倾斜裂纹面及复合加载对裂纹尖端应力强度因子和能量释放率的影响。同时根据有限元变形图和数据统计图,并结合Irwin解析裂纹封闭积分公式对结果加以分析。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 研究背景及意义1.2 断裂力学的研究与发展1.3 二维裂纹尖端应力强度因子的研究现状1.4 三维裂纹尖端应力强度因子的研究现状1.5 本文的研究内容第2章 二维裂纹应力强度因子的计算方法2.1 裂纹尖端的应力强度因子2.2 确定应力强度因子的有限元方法简介2.3 应力强度因子的计算方法2.3.1 虚拟封闭积分方法2.3.2 修正的虚拟封闭积分方法2.3.3 应力外推法和位移外推法2.4 标准化数值计算分析结果2.5 本章小结第3章 二维断裂问题的有限元计算分析3.1 有限单元法基本思路3.2 二维Ⅰ型裂纹有限元分析3.2.1 建立试样有限元模型3.2.2 有限元模型载荷力和约束的施加3.2.3 有限元模型变形图和数据分析3.3 二维复合型裂纹有限元分析3.3.1 建立试样有限元模型3.3.2 有限元模型载荷力和约束的施加3.3.3 有限元模型变形图和数据分析3.4 本章小结第4章 三维单边直裂纹试样的数值计算与分析4.1 引言4.2 单边直裂纹紧凑拉伸剪切试样4.2.1 CTS-试样数值算例的确定4.2.2 CTS-试样的三维建模与网格划分4.2.3 CTS-试样受载荷和约束条件4.3 三维CTS-试样拉伸变形模型和分析4.3.1 三维CTS-试样拉伸载荷变形模型4.3.2 拉伸载荷条件下的数据结果4.3.3 拉伸载荷条件下的数据图4.3.4 拉伸载荷条件下数据图的分析4.4 三维CTS-试样剪切载荷变形模型与分析4.4.1 三维CTS-试样剪切载荷变形模型4.4.2 剪切载荷条件下的数据结果4.4.3 剪切载荷条件下的数据图4.4.4 剪切载荷条件下数据图的分析4.5 本章小结第5章 三维复合型裂纹试样的数值计算与分析5.1 复合型裂纹计算与分析5.1.1 CTS-试样数值算例的确定5.1.2 试样受不同角度载荷和约束5.2 15°倾斜裂纹平面的CTS-试样数值计算5.2.1 15°倾斜裂纹平面CTS-试样有限元模型5.2.2 CTS-试样有限元变形模型5.2.3 15°倾斜裂纹平面CTS-试样的数据图5.2.4 15°倾斜裂纹平面CTS-试样数据比较图5.3 30°倾斜裂纹平面的CTS-试样数值计算5.3.1 30°倾斜平面CTS-试样有限元模型5.3.2 CTS-试样有限元变形模型5.3.3 30°倾斜裂纹平面CTS-试样的数据图5.4.3 30°倾斜裂纹平面CTS-试样数据比较图5.4 45°倾斜裂纹平面的CTS-试样数值计算5.4.1 45°倾斜裂纹平面CTS-试样有限元模型5.4.2 CTS-试样有限元变形模型5.4.3 45°倾斜裂纹平面CTS-试样的数据图5.4.4 45°倾斜裂纹平面CTS-试样数据比较图5.5 数据图的分析5.6 本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果致谢
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标签：应力强度因子论文; 有限元方法论文; 虚拟封闭积分方法论文; 复合型裂纹论文;
