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热机载荷作用下拐折裂纹问题的通用权函数法分析

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工程力学 2015年第4期32卷 15-21,53页

作者：张翼吴化平石曼李龙柴国钟浙江工业大学机械工程学院浙江310032 浙江工业大学教育科学与技术学院浙江310032 中国科学院力学研究所北京100190

根据Betti互易原理,推导出二维拐折裂纹问题通用权函数法的普遍表达式,并利用虚拟裂纹扩展技术以及刚度阵导数法,将通用权函数法与有限元法直接耦合,给出了二维拐折裂纹问题通用权函数法的有限元格式。通过实例计算比较,验证了此方法的... 详细信息

根据Betti互易原理,推导出二维拐折裂纹问题通用权函数法的普遍表达式,并利用虚拟裂纹扩展技术以及刚度阵导数法,将通用权函数法与有限元法直接耦合,给出了二维拐折裂纹问题通用权函数法的有限元格式。通过实例计算比较,验证了此方法的可靠性和准确性。分析结果表明:通用权函数法可以极大地简化计算过程,具有极高的计算效率。在此基础上应用此方法讨论了拐折裂纹长度、拐折角度对应力强度因子过渡过程的影响。

关键词：拐折裂纹通用权函数应力强度因子虚拟裂纹扩展技术刚度阵导数法

热和机械载荷联合作用下的通用权函数法及应用

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机械工程学报 2007年第6期43卷 116-121页

作者：周国斌卢炎麟浙江工业大学机械制造及自动化教育部重点实验室杭州310032

将热权函数法拓展为包括温度载荷、表面力和体积力等机械载荷在内的通用权函数法。通用权函数只与物体的几何形状有关,与时间及载荷无关。利用多虚拟裂纹扩展技术,给出热和机械载荷联合作用下的三维I型裂纹问题通用权函数法的有限元格... 详细信息

将热权函数法拓展为包括温度载荷、表面力和体积力等机械载荷在内的通用权函数法。通用权函数只与物体的几何形状有关,与时间及载荷无关。利用多虚拟裂纹扩展技术,给出热和机械载荷联合作用下的三维I型裂纹问题通用权函数法的有限元格式。通用权函数法特别适合于计算复杂冲击载荷下应力强度因子分布的过渡过程。计算实例表明,通用权函数法具有很高的计算效率,又具有与COD法相当的精度。

关键词：通用权函数多虚拟裂纹扩展法应力强度因子有限元法

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通用权函数法在界面裂纹问题中的应用

通用权函数法在界面裂纹问题中的应用

作者：李龙浙江工业大学

学位级别：硕士

在工程实际中,含界面裂纹的结构经常会遇到承受热载荷、机械载荷共同作用下的冲击问题,并且实际工程结构中的裂纹大多数为三维裂纹。目前多采用相互作用积分法处理此类问题。其不足在于需要对冲击过程中的每个时间点进行反复的应力分析... 详细信息

在工程实际中,含界面裂纹的结构经常会遇到承受热载荷、机械载荷共同作用下的冲击问题,并且实际工程结构中的裂纹大多数为三维裂纹。目前多采用相互作用积分法处理此类问题。其不足在于需要对冲击过程中的每个时间点进行反复的应力分析,然后再根据得到的应力场或者位移场求解裂纹尖端的应力强度因子,致使计算工作量很大。为了及时、准确的完成对热冲击载荷、机械载荷共同作用下含界面裂纹的工程结构的安全性评定,本文将通用权函数法应用于对热冲击载荷、机械载荷共同作用下的二维和三维界面裂纹体的分析研究中。主要工作与成果如下：1.对于二维界面问题,在原有研究的基础之上,给出了裂纹体承受表面力以及热冲击载荷共同作用时,通用权函数法的有限元计算格式。对于三维界面问题,利用Betti互易原理,给出了三维界面裂纹问题通用权函数法的基本公式。利用多虚拟裂纹扩展技术,给出了裂纹体承受表面力以及热冲击载荷作用时,通用权函数法的有限元计算格式。2.对有限元软件ANSYS、ABAQUS的二次开发技术进行了研究,并利用其二次开发技术完成了对原始数据的提取。同时,给出了二维、三维界面问题计算应力强度因子的数值积分公式,完成了程序系统的开发。3.通过算例比较,总体来讲,计算结果令人满意,计算精度可以满足工程应用要求。在此基础上,应用通用权函数法讨论了材料属性、裂纹长度以及材料厚度对应力强度因子过渡过程的影响,给出了一些对工程有帮助的结果。

关键词：通用权函数应力强度因子界面裂纹有限元法

热机载荷作用下三维界面裂纹问题的权函数法分析

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固体力学学报 2013年第4期34卷 401-409页

作者：李龙吴化平鲍雨梅卢炎麟柴国钟浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室杭州310014

热机载荷共同作用下双材料和复合材料中的裂纹扩展往往发生在界面处,并且工程中实际遇到的裂纹大多数是三维裂纹.由于通用权函数仅仅与裂纹体的几何形状有关,与载荷、时间无关,因此在求解复杂冲击载荷下界面裂纹应力强度因子随时间的变... 详细信息

热机载荷共同作用下双材料和复合材料中的裂纹扩展往往发生在界面处,并且工程中实际遇到的裂纹大多数是三维裂纹.由于通用权函数仅仅与裂纹体的几何形状有关,与载荷、时间无关,因此在求解复杂冲击载荷下界面裂纹应力强度因子随时间的变化过程时,避免了反复的应力分析,计算效率得到提高.根据Betti互易原理,论文推导出三维界面裂纹问题通用权函数法的普遍表达式,并给出了热机载荷共同作用下三维界面I型、Ⅱ型和Ⅲ型裂纹问题通用权函数法的有限元格式.通过与实例计算比较,表明此方法得到的结果可以达到满意的工程应用精度.

关键词：通用权函数应力强度因子三维界面裂纹有限元法

基于Wiener过程的涡轮盘榫槽裂纹扩展可靠性分析

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航空动力学报 2022年第11期37卷 2440-2447,I0001页

作者：王宁晨胡殿印刘茜鄢林王荣桥北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191 北京航空航天大学航空发动机结构强度北京市重点实验室北京100191 中小型航空发动机联合研究中心北京100191 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

建立了考虑裂纹扩展退化过程的时变模型,并应用于涡轮盘榫槽裂纹扩展的概率寿命分析。首先,引入双时间尺度函数的Wiener过程,建立了GH4720Li高温合金的裂纹扩展时变模型,并通过紧凑拉伸试件的裂纹扩展试验进行验证。接着,以涡轮盘榫槽... 详细信息

建立了考虑裂纹扩展退化过程的时变模型,并应用于涡轮盘榫槽裂纹扩展的概率寿命分析。首先,引入双时间尺度函数的Wiener过程,建立了GH4720Li高温合金的裂纹扩展时变模型,并通过紧凑拉伸试件的裂纹扩展试验进行验证。接着,以涡轮盘榫槽齿根关键部位为对象,建立了榫槽齿根角裂纹的权函数应力强度因子求解方法,并与真实涡轮盘榫槽裂纹扩展有限元分析结果进行对比。最后,结合权函数与裂纹扩展时变模型,建立了涡轮盘榫槽疲劳裂纹扩展可靠性分析方法。分析结果表明,涡轮盘榫槽结构裂纹扩展退化的寿命呈现较大的分散性,均值为14 177循环,标准差为1 090.09循环,99.87%可靠度下的裂纹扩展寿命预测为10 312循环。

关键词：疲劳裂纹扩展涡轮盘榫槽时变模型通用权函数可靠性分析

复杂载荷下偏心穿透裂纹应力强度因子的计算方法

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航空动力学报 2018年第6期33卷 1464-1474页

提出了三维矩形平板内偏心穿透裂纹承受复杂非线性载荷下,仅含有3个系数的通用权函数。采用有限元法获得了三维矩形平板裂纹体模型下的3组参考应力强度因子,结合二元拉格朗日插值法获得了通用权函数系数。进行了自洽性验证以及裂纹面上... 详细信息

提出了三维矩形平板内偏心穿透裂纹承受复杂非线性载荷下,仅含有3个系数的通用权函数。采用有限元法获得了三维矩形平板裂纹体模型下的3组参考应力强度因子,结合二元拉格朗日插值法获得了通用权函数系数。进行了自洽性验证以及裂纹面上承受简单3次、5次、7次、复杂幂函数应力分布和残余应力分布下通用权函数的验证。结果表明,通用权函数的自洽性误差在0.9%以内;裂纹面上承受复杂幂函数应力分布时,通用权函数法的误差在4.5%以内;裂纹面承受残余应力分布载荷时,通用权函数法的误差在8.5%以内。说明所提出的通用权函数具有较高的计算精度,可以满足工程中高效、准确地计算偏心穿透裂纹承受任意复杂非线性载荷下的应力强度因子需求。

关键词：应力强度因子偏心穿透裂纹通用权函数非线性应力场有限元法

超高压容器开孔处裂纹最深点处应力强度因子的计算方法

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机电工程 2024年第6期41卷 1109-1115页

作者：汪志福秦宗川张羽牛铮范海俊戴兴旺合肥通用机械研究院有限公司国家压力容器与管道安全工程技术研究中心安徽合肥230031 河南中原特钢装备制造有限公司河南济源459000

由于超高压容器开孔处的应力梯度变化很大,通常由最小二乘法拟合的三次多项式往往与实际的应力分布之间存在较大偏差。针对这一问题,提出了一种分段插值求解的计算方法。首先,基于应力强度因子及通用权函数的理论,推导出了常数插值、线... 详细信息

由于超高压容器开孔处的应力梯度变化很大,通常由最小二乘法拟合的三次多项式往往与实际的应力分布之间存在较大偏差。针对这一问题,提出了一种分段插值求解的计算方法。首先,基于应力强度因子及通用权函数的理论,推导出了常数插值、线性插值、二次插值求解的计算公式;其次,结合工程实例,基于无裂纹体的弹性应力分析,对比分析了常规最小二乘法与常数插值、线性插值、二次插值的应力分布表征精度及应力强度因子计算结果,确定了线性插值和二次插值方法的可靠性;然后,分析了数据采集量对线性插值和二次插值计算结果的影响,确定了线性插值方法的实用性;最后,对线性插值与有限元分析的计算结果进行了分析验证。研究结果表明:应力分布表征精度为“最小二乘法<常数插值<线性插值<二次插值”,计算结果相对误差约为15%;随着采集数据量的增加,采用线性插值方法的计算结果能较快收敛,更适合于工程计算;线性插值与有限元法的计算结果高度一致,证明了线性插值计算的可靠性。

关键词：超高压容器开孔处应力强度因子通用权函数分段插值求解计算方法裂纹最深点处线性插值计算方法