基于最大裂纹张口位移计算应力强度因子的方法研究

文章提出了基于最大裂纹张口位移计算I型应力强度因子的新方法,该方法适用于复合载荷(均匀拉伸和纯弯曲载荷组合)作用下的具有半椭圆表面裂纹的有限平板模型。首先,理论推导了具有埋藏裂纹的无限大平板受均匀拉伸载荷作用时应力强度因子与裂纹最大张口位移的对应关系,再应用有限元数值模拟技术,考虑了表面效应、模型尺寸效应及载荷形式的影响,然后基于有限元模拟结果,根据多元多次最小二乘法原理拟合出对应修正系数表达式,最终建立了复合载荷作用下有限平板裂纹尖端应力强度因子与最大张口位移的函数关系,实现了由容易获得的最大裂纹张口位移确定应力强度因子的方法。该方法避免了对裂纹尖端的应力场、位移场的分析,为实际应用中应力强度因子的获得提供了新的方法。     

平板表面裂纹开口位移与其深度关系的确定

无限大三维弹性体内超奇异积分方程的解析解表明,位移间断与裂纹深度具有简单的比例系数关系.文章利用有限元法,对带有表面半椭圆型裂纹的平板结构进行计算,得到表面裂纹开口位移和名义应变的比值△u/ε,与表面裂纹深度D,之间同样具有简单的比例系数关系.该比例系数相关于边界条件.据此,文中提出一种裂纹深度估算的方法,并给出实验验证.     

基于RBF神经网络的人工海床多目标优化

以人工海床（AS）为研究对象，针对传统设计方法存在周期长、成本高以及难以解决复杂系统工程优化设计等问题，提出一种AS多目标优化策略。推导AS质量和稳心高的计算公式，建立一种基于径向基函数（RBF）神经网络的近似模型，代替通过数值模拟计算的拖曳力。结合NSGA-Ⅱ算法，以AS拖曳力、质量和稳心高为优化目标，以主尺度为设计变量，以结构强度和关键性能指标为约束条件，得到AS优化方案。结果表明：在满足预测精度条件下，RBF神经网络提高了计算效率。优化后AS的质量，最大减幅达17.0%，同时水动力性能和稳性性能较优化前均有提高。通过对AS优化结果的分析，验证了AS多目标优化策略的可行性。     

基于奇异元计算分析裂纹尖端应力强度因子

采用两种奇异单元模拟裂纹尖端应力应变场的奇异性,建立了相应的计算裂纹尖端应力强度因子的ANSYS有限元模型。通过数值计算,分别考察了这两种有限元模型中裂纹尖端附近区域网格参数的变化对应力强度因子计算精度的影响,比较了应力强度因子对各个参数的敏感程度。发现采用20节点奇异元的有限元模型计算的应力强度因子几乎与网格参数无关,其计算结果更稳定可靠。该模型能够用于船舶及海洋工程结构中含裂纹构件的应力强度因子计算。     

一种基于新非比例因子的多轴低周疲劳寿命预测模型研究

非比例附加强化效应对多轴低周疲劳寿命有着显著影响,其中加载路径引起的非比例度和材料自身的非比例特性是描述非比例附加强化效应的关键因素。论文结合相位角和应变比引起的非比例度提出了简单直观的新路径非比例度;引入了材料静态强化系数代替诸多临界平面模型中的非比例附加强化系数,避免了复杂的试验过程和数据拟合引入的误差,反映了无明显附加强化效应材料自身的非比例特性;综合路径和材料因素的影响提出了新的非比例因子,结合临界平面法建立多轴低周疲劳寿命预测模型,预测了13种材料的多轴低周疲劳寿命。通过与试验数据比较表明,基于新非比例因子建立的多轴低周疲劳寿命预测模型具有较高的预测精度和材料适用性。