含埋藏缺陷板的断裂力学分析

论文摘要

在含缺陷结构完整性评定中,应力强度因子K和J积分是两个重要评定参数。本文计算了含椭圆形埋藏缺陷平板在纯拉伸、纯弯曲和拉弯组合作用下的应力强度因子,有限元J积分。根据现有的极限载荷解析解计算了本文模型的极限载荷,通过参考应力法估算J积分,并将J积分的估算结果与有限元结果进行比较。（1）计算了含不同裂纹形状（Φ=0.2,0.4,1.0）,不同裂纹深度（α=0.1,0.2,0.3）,不同裂纹位置（K=O,0.1,0.2）的平板在纯拉伸、纯弯曲,拉弯组合（λ=0.3,0.7）加载情况下的应力强度因子分布,分析归纳了裂纹形貌、裂纹位置、载荷条件对应力强度因子的影响,给出了应力强度因子影响系数在不同参数下的变化规律。（2）计算了含不同裂纹形状（Φ=0.2,0.4,1.0）,不同裂纹深度（α=0.1,0.2,0.3）,不同裂纹位置（K=0,0.1,0.2）的平板在纯拉伸,纯弯曲,和拉弯组合（X=0.3,0.7）作用下的线弹性J积分和满足Romberg-Osgood材料关系（n=5）的全塑性J积分。（3）根据不同极限载荷解析解公式,通过参考应力法估算了含椭圆形埋藏缺陷板模型在不同裂纹形状（Φ=0.2,0.4,1.0）,不同裂纹深度（α=0.1,0.2,0.3）,不同裂纹位置（K=0,0.1,0.2）的J积分,并将估算结果与有限元结果进行比较。（4）用三维弹塑性有限元法对在拉、弯联合加载条件下,含偏置埋藏椭圆形裂纹的平板,进行了弹塑性断裂分析,并将缺陷小韧带处的J积分值与参考应力法的估算结果进行了比较。结果发现,当使用整体极限载荷时,参考应力法可能低估有限元J积分值。其原因可能是由于参考应力法中的小范围屈服塑性区修正不能正确反映小韧带在较低外载水平下屈服。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 结构完整性
• 1.3 失效准则和屈服条件
• 1.4 含缺陷结构极限载荷的研究现状
• 1.5 整体极限载荷和局部极限载荷
• 1.6 三维含缺陷结构J积分研究现状
• 1.7 参考应力方法在三维含裂纹中结构中的应用
• 1.8 本文研究内容及意义
• 第二章 含椭圆形埋藏裂纹平板的失效评定参量
• 2.1 模型及加载
• 2.1.1 几何模型及参数定义
• 2.1.2 材料模型
• 2.1.3 载荷
• 2.2 极限载荷
• 2.3 应力强度因子
• 2.4 J积分估算的参考应力法
• 第三章 应力强度因子
• 3.1 有限元计算结果对比
• 3.1.1 有限元模型
• 3.1.2 应力强度因子结果验证
• 3.2 裂纹形貌、位置、载荷条件对应力强度因子影响系数的影响
• 3.2.1 应力强度因子影响系数随裂纹偏置的变化规律
• 3.2.2 应力强度因子影响系数随椭圆度的变化规律
• 3.2.3 应力强度因子影响系数随裂纹相对深度的变化规律
• 3.3 结果与讨论
• 第四章 参考应力法估算J积分与有限元验证
• 4.1 裂纹尖端有限元模型
• 4.2 J积分有限元计算
• 4.2.1 裂纹前缘不同位置的J积分
• 4.2.2 不同裂纹形貌和载荷条件下的J积分
• 4.3 参考应力法估算J积分及有限元验证
• 4.3.1 裂纹前缘不同位置J积分与有限元J积分的比较
• 4.3.2 不同裂纹形貌、位置、载荷条件下的J积分比较分析
• 4.4 结果与讨论
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 符号说明
• 附录A
• A.1 材料参数
• A.2 几何模型
• A.3 载荷及约束
• A.4 应力强度因子影响系数推导
• 附录B 应力强度因子影响系数表格
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果