双材料中矩形裂纹问题的超奇异积分方程方法

使用超奇异积分方程方法,对双材料空间中垂直于界面的矩形裂纹Ⅰ型问题进行了研究.首先根据双材料空间的弹性力学基本解,使用边界积分方程方法,在有限部积分的意义下导出了以裂纹面位移间断为未知函数的超奇异积分方程.根据裂纹面上位移函数的分布特性,通过将位移间断函数表示为特征函数和一组多项式乘积的形式,为其建立了数值方法.数值结果表明,该方法不仅具有较好的收敛性和较高的数值计算精度,而且能够精确满足裂纹面上的边界条件.在此基础上,对不同材料组合界面对裂纹前沿应力强度因子的影响进行了分析,取得了较好的数值结果.     

裂纹损伤对典型船体结构振动频率的影响规律研究

为研究裂纹损伤对典型船体结构振动特性的影响,选择加筋板作为典型船体结构,选择穿透性裂纹作为典型损伤形式。首先利用数值仿真和模型试验对带有裂纹的结构模型固有频率计算方法进行了研究,在此基础上针对边裂纹和中间裂纹2种形式进行了大量的仿真计算,得到模型各阶固有频率、频率变化率随裂纹位置和长度变化的规律。研究结果表明,结构各阶固有频率以及频率变化率对裂纹较为敏感,可以作为裂纹识别的特征参数。同时,试验和仿真计算结果数据也可以为裂纹损伤识别研究提供训练样本和验证样本。     

裂纹损伤对典型船体结构振动频率的影响规律研究

为研究裂纹损伤对典型船体结构振动特性的影响,选择加筋板作为典型船体结构,选择穿透性裂纹作为典型损伤形式。首先利用数值仿真和模型试验对带有裂纹的结构模型固有频率计算方法进行了研究,在此基础上针对边裂纹和中间裂纹2种形式进行了大量的仿真计算,得到模型各阶固有频率、频率变化率随裂纹位置和长度变化的规律。研究结果表明,结构各阶固有频率以及频率变化率对裂纹较为敏感,可以作为裂纹识别的特征参数。同时,试验和仿真计算结果数据也可以为裂纹损伤识别研究提供训练样本和验证样本。     

厚壁筒内表面椭圆裂纹的应力强度因子研究

本文首先介绍了用边界元法计算裂纹尖端应力强度因子的基本理论,接着利用边办元法计算了在均匀内压作用下不同厚壁筒表面椭圆裂纹的应力强度因子,并研究了其大小随椭圆裂纹不同而变化的规律,为厚壁筒结构的设计、制造以及疲劳寿命分析提供了许多有价值的参考资料。     

尖角裂纹周围应力场分析

对于裂纹的分析,不仅要研究裂纹边界的应力状况,而且还要研究离开裂纹边界一定范围内的应力变化情况.针对尖角裂纹,采用弹性断裂理论和复变函数理论建立计算模型.通过保角映射方法建立精确的边界条件,解决了尖角裂纹的边界条件问题.根据所求得的尖角裂纹应力表达式对不同的裂纹张开角对应力分布的影响进行全面的研究.得到了不同张开角的尖角裂纹周围应力分布.并对不同裂纹张开角的应力场进行了比较全面的分析.     

含中心裂纹的有限加筋板应力强度因子理论分析及数值仿真

基于裂纹问题的复变应力函数、Paris位移公式和变分原理,对板材和筋条均含裂纹的加筋板结构的应力强度因子进行了分析求解。对加筋板离散化,忽略受拉时筋、板弯曲的影响,结合Paris位移公式对加筋板中含中心穿透裂纹的板材在单向拉力 和加筋条的剪力作用下的位移进行了计算;应用变分原理对含边裂纹的加筋条结合筋条和板变形协调方程求解筋条对板的节点剪力作用,从而求解了含裂纹加筋板的问题。采用数值仿真方法分析了应力强度因子随板材和加筋条上裂纹扩展的变化规律,研究了加筋条刚度和加筋条间距变化对裂尖处应力强度因子的影响。     

不同的杨氏模量对含裂纹复合材料板裂纹周围应力的影响研究

不同的杨氏模量对于应力场有着相当的影响.针对含裂纹的复合材料板,根据非均质各向异性弹性理论和复变函数理论解决了裂纹的边界条件问题.建立了基于准确边界条件的边界积分方程,得到了舍裂纹复合材料板裂纹周围应力场的精确解析解.并按照所建立的计算模型对不同的杨氏模量对裂纹周围应力场的影响进行了探讨.     

波浪爬高的PSPH方法数值模拟研究

通过Poisson方程迭代求解压力场的SPH方法,建立了模拟水波动力学问题的数值模型,将亚格子湍流模式加入方程中,更加精确地描述了波浪破碎时的湍流特性。针对SPH方法中粒子靠近边界处由于粒子缺失导致核函数的截断而引起计算误差,将核函数梯度修正引入了数值计算模型中。同时提出一种新的边界压力计算方法,改善了边界压力计算的精度。对孤立波及椭余波在斜坡上的爬坡破碎过程进行了数值模拟,数值结果与实验结果吻合较好。表明该方法在对复杂水波动力问题的数值模拟上是行之有效的。     

三维裂纹前缘应力强度因子数值计算方法

本文建立了采用20节点奇异元1/4节点位移法求解三维裂纹整个前缘3种类型应力强度因子的数值计算方法,给出了裂纹网格划分方法以及网格划分参数取值范围;基于平板表面裂纹研究了网格划分参数对应力强度因子计算结果的影响,并与Newman-Raju解析公式计算结果对比验证了数值方法的准确性,二者最大误差小于2%;采用数值计算方法计算了裂纹扩展标准三点弯曲样扩展过程中单边穿透裂纹前缘应力强度因子,并与解析公式计算结果进行对比分析,二者最大误差为4.7%,且随着裂纹扩展,误差越来越小。结果表明,提出的数值方法可用于含裂纹结构整个裂纹前缘不同类型应力强度因子求解中。     

结构振动的水中声辐射计算

本文对水下三维弹性结构振动的声辐射问题进行了流体-结构声耦合振动的数值计算。对结构部分采用有限元法。流体部分采用边界元法。文中着重研究了边界元法中矩阵元素的数值计算,解决了流体与结构作用界面上的结合问题并简化了计算,编制了相应的较适用的计算机程序,对实例在微机上进行了计算,得到了满意的计算结果。     

动态载荷作用下焊接点线弹性裂纹的弯曲扩展路径的预测(英文)

利用二阶摄动方法研究了动态载荷作用下结构线弹性断裂裂纹的弯曲延伸扩展问题并求解了动态应力强度因子。利用二阶摄动方法研究了动载荷作用下裂纹路径预测时的应力准则与能量准则之间的关系。就均匀物质而言,在二阶摄动分析理论的框架内,两种准则指明了相同的动态裂纹路径。但在具有非均匀断裂韧度的物质中,能量准则优越于应力准则。作为二阶摄动方法的实际运用,研究了焊接结构中动态线弹性裂纹的形态特征和弯曲扩展路径问题,综合考虑了诸如远场动态作用应力、焊接残余应力、局部物质衰变以及不同尺寸的缺陷的存在等因素,绘制出动态载荷作用下退化区域中裂纹弯曲扩展的临界轨迹曲线。     

Approximate weight functions of stress intensity factor for a wide range shapes of surface and an embedded elliptical crack

This paper describes the application of weight function for stress intensity factor in a surface crack with a wide range of crack shapes. Based on the weight function representation proposed by Wang and Glinka (2009), an extended formulation of the weight function for surfaces and embedded cracks is performed. The unknown parameters in the formulations were determined from reference values of stress intensity factor for a surface and an embedded crack given by finite element analysis with the J integral method. The effectiveness of the proposed weight functions has been verified by comparing with the stress intensity factors given by finite element analysis and available approximated solutions under several loading conditions.     

Numerical simulation of level ice impact on landing craft bow considering the transverse isotropy of Baltic Sea ice based on XFEM

Ice bending is a major failure mechanism of level ice when ships and marine structures interact with level ice. This paper aims to investigate the ice bending and ice load when level ice collides on ships and marine structures using numerical simulation method, and compare the numerical results with field test. The fracture of ice is simulated with extended finite element method (XFEM), and cohesive zone concept is used to describe the crack propagation. In order to consider the characteristics of S2 columnar ice, a transversely isotropic elastic material model is used for the ice bulk elements, and a transversely isotropic Tsai-Wu failure criterion is adopted to predict the initiation of cracks. A well-controlled field test of a landing craft bow colliding with level ice in Baltic Sea is simulated to verify the numerical scheme. The ice plate's continuous deformation, crack initiation and crack propagation at different impact velocities and angles are simulated and the results are discussed. In the simulation, the bending crack emerges at the midline of the top surface of ice plate, then propagates towards free boundary, and finally a circumferential crack forms. It is found that with the impact velocity increases, the bending load increases and the fracture size (perpendicular distance from the crack to the contact edge) decreases. And as the angle between the landing craft bow and vertical direction increases, the bending load and the fracture size decrease. The simulated results corresponds well with the field test. The competition between the circumferential crack and radial crack is also found in the simulation and will be discussed in this paper. The results show that this method well simulates the bending of level ice and predict the ice load, and provides a good approach for investigating the mechanism of different forms of level ice fracture.     

复杂应力场中裂纹疲劳扩展寿命预报

船舶作为一种大型焊接结构,其疲劳热点部位的应力应变场分布很复杂,要预报这些部位的裂纹疲劳扩展寿命,必须解决复杂场中裂纹的应力强度因子计算及其裂纹扩展方向问题.该文对船舶肘板处两种不同原因产生的裂纹的扩展路径、扩展速率进行了研究.裂纹扩展方向用第一主应力准则确定,在裂纹扩展方向上给定不同的裂纹增量,得到不同长度裂纹的复合裂纹等效应力强度因子,并拟合这些计算结果得出船舶肘板的应力强度因子计算式.结合裂纹扩展率单一曲线模型对肘板裂纹扩展寿命进行了预报,预报结果与实验结果符合得较好,说明所采用的方法可行.对建立船舶典型节点的裂纹扩展寿命预报方法有参考价值.     

带径向边裂纹圆盘的权函数和旋转应力强度因子

采用裂纹在均布压力作用下的应力强度因子为参考载荷,通过Petroski和Achenbach的裂纹面张开位移公式推导出了内壁带径向边裂纹的圆盘的权函数,进而得到了计算旋转圆盘裂纹尖端处的应力强度因子公式.该公式可计算旋转圆盘在不同裂纹深度、转速、材料和尺寸情况下的应力强度因子.与有关文献比较,表明本文的公式具有良好的精度.同时文中还研究了旋转圆盘应力强度因子随裂纹深度和圆盘直径之间的变化规律,方便了工程应用.     

船舶折角型节点的疲劳裂纹扩展计算

文章以船舶折角型节点为研究对象,运用有限元软件WALCS和PATRAN分别预报某船的水动力响应和结构热点应力响应.为避免计算表面裂纹应力强度因子时需要在PATRAN有限元模型中疲劳热点区域采用体单元建模,文中提出了一种计算波浪载荷下船海结构物三维表面裂纹应力强度因子而无需在PATRAN中建立体模型的方法,并通过与广泛认可的经验公式对比验证其精度.将此方法应用于该船船舯底边舱折角处表面裂纹应力强度因子计算,计算并总结出波浪载荷下该类节点处表面裂纹应力强度因子的无量纲计算经验公式.应用一种基于谱分析构建结构疲劳载荷谱的方法,结合单一曲线模型对该节点进行裂纹扩展计算.计算结果表明:该船船舯底边舱折角疲劳寿命不满足设计要求,建议对节点进行改进.     

表面裂纹Ⅰ型应力强度因子间的互相作用及影响规律

基于有限元软件France-3D对含有多个裂纹的平板进行应力强度因子计算．通过定义基础裂纹、干扰裂纹以及干扰参数r,α,β和2b等,给出了随干扰参数r,α,β改变,干扰裂纹对基础裂纹应力强度因子影响的λ-4,λ-α理曲线,并分析其规律,其结果可为工程应用参考．     

半潜式平台关键结构全寿期极限强度预报方法研究

文章基于逐步破坏分析法和有限元计算方法,发展了一种计及材料腐蚀、疲劳裂纹等结构损伤的半潜式海洋平台关键结构全寿期极限强度计算方法。以一服役水深为3000 m半潜式平台为研究对象,选取横撑和立柱局部结构作为研究对象,以不同服役年限下裂纹扩展长度和腐蚀厚度作为变化参数,采用ANSYS软件建立其参数化有限元模型,计算了不同服役年限下半潜式海洋平台关键结构极限强度,在此基础上分析了全寿期内关键结构极限强度随服役年限的变化规律。