結構疲勞裂紋擴展的數值模擬.pdf

1、本文通過對疲勞裂紋擴展數值模擬方法的研究，為裂紋體有限元建模的參數選擇提供依據，同時，結合兩自由度模型計算了裂紋應力強度因子及裂紋增量的疲勞擴展，從而實現了對裂紋疲勞擴展的數值模擬技術。并取得了良好的實際效果。 本文數值模擬技術的主要內容體現于以下四個方面： 1.考慮到裂紋尖端處的應力奇異性，在利用有限元方法計算平板表面裂紋的應力強度因子時，裂尖區(qū)域采用三維四分之一分點20節(jié)點等參退化奇異單元。文中研究了裂紋前緣第一層單

2、元的邊長L與裂紋深度a之比L/a、圍繞裂紋前緣的單元層數R以及每層單元劃分的份數m(網格疏密)對計算結果的影響，并用無因次化的形狀系數Y表示應力強度因子，分析結果與Newman-Raju公式計算結果基本相近。 2.為了進一步探明三維表面裂紋在疲勞載荷下的擴展規(guī)律，本文對等幅拉伸載荷作用下三維表面疲勞裂紋擴展過程中其形狀的變化規(guī)律進行了理論推導和有限元計算，獲得了一種推導疲勞裂紋擴展過程中裂紋形狀的有效方法。 3.實際工程

3、的結構中，裂紋多處于復合型狀態(tài)，因此復合型裂紋斷裂的理論研究有著更為重要的理論意義和實用價值。在復合加載狀況下裂紋的擴展方向如何，對于Ⅰ-Ⅲ型的復合加載，裂紋擴展方向是沿著原裂紋線方向擴展的，即這種加載狀況與Ⅰ型相同，對此問題大家已經研究很透徹。對于Ⅰ-Ⅱ型復合加載，裂紋擴展方向不再是沿著原裂紋線方向擴展，本文利用ansys有限元軟件模擬Ⅰ-Ⅱ型復合加載裂紋擴展路徑。 4.利用本文的裂紋體有限元模型計算焊接結構表面裂紋的應力強度