海洋平台K型管节点的疲劳裂纹扩展分析 II:数值分析 被引量：7

1

作者 曲淑英 邵永波 +1 位作者 张宝峰 杨春秋 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期800-805,共6页

对于已含初始裂纹平台管节点的寿命预测很大程度上依靠应力强度因子的精确值,而复杂载荷条件下的节点应力强度因子的计算尚无参数方程直接确定。本文提出了一种含表面裂纹的K节点的有限元网格产生方法,即把整个K节点划分为几个子区域,... 对于已含初始裂纹平台管节点的寿命预测很大程度上依靠应力强度因子的精确值,而复杂载荷条件下的节点应力强度因子的计算尚无参数方程直接确定。本文提出了一种含表面裂纹的K节点的有限元网格产生方法,即把整个K节点划分为几个子区域,每个子区域的网格具有不同类型的单元和不同的密度。这种方法在控制网格密度,尤其是控制沿着裂纹边缘单元的边长比方面有其独特的优越性,当所有子区域的网格自动产生后,容易得到整个结构的有限元模型。同时用J积分和位移外推插值法分别计算了一个K型节点沿着裂纹前缘的应力强度因子值,发现:试验得到的应力强度因子值和提出的模型计算结果非常吻合,证明了所提有限元模型的准确性。 展开更多

关键词 K型管节点 应力强度因子 网格产生方法 交互J积分 位移外推插值法

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梯度复合材料应力强度因子计算的梯度扩展单元法 被引量：6

2

作者 陈康 许希武 郭树祥 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期168-176,共9页

推导了一种适用于梯度复合材料断裂特性分析的梯度扩展单元,采用细观力学方法描述材料变化的物理属性,通过线性插值位移场给出了4节点梯度扩展元随空间位置变化的刚度矩阵,并建立了结构的连续梯度有限元模型。通过将梯度单元的计算结果... 推导了一种适用于梯度复合材料断裂特性分析的梯度扩展单元,采用细观力学方法描述材料变化的物理属性,通过线性插值位移场给出了4节点梯度扩展元随空间位置变化的刚度矩阵,并建立了结构的连续梯度有限元模型。通过将梯度单元的计算结果与均匀单元以及已有文献结果进行对比,证明了梯度扩展有限元(XFEM)的优越性,并进一步讨论了材料参数对裂纹尖端应力强度因子(SIF)的影响规律。研究结果表明:随着网格密度的增加,梯度单元的计算结果能够迅速收敛于准确解,均匀单元的计算误差不会随着网格细化而消失,且随着裂纹长度和属性梯度的增大而增大;属性梯度和涂层基体厚度比的增大导致涂覆型梯度材料的SIF增大;裂纹长度的增加和连接层基体厚度比的减小均导致连接型梯度材料的SIF增大。 展开更多

关键词 梯度复合材料 有限单元法 应力强度因子 梯度扩展单元 交互能量积分

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基于交互作用积分的异种金属焊接区域裂纹扩展模拟方法

3

作者 白晓明 熊夫睿 +3 位作者 谢海 石凯凯 于新洋 于红军 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1109-1118,共10页

核电厂中存在大量的异种金属焊接区域,该区域内裂纹扩展的合理评价与核电厂安全运行密切相关。由于焊接区域材料具有显著的非均匀特点,传统的J积分理论在该区域不再具有守恒性,同时大量的运行经验反馈表明,在焊接区域裂纹扩展呈现出明... 核电厂中存在大量的异种金属焊接区域,该区域内裂纹扩展的合理评价与核电厂安全运行密切相关。由于焊接区域材料具有显著的非均匀特点,传统的J积分理论在该区域不再具有守恒性,同时大量的运行经验反馈表明,在焊接区域裂纹扩展呈现出明显的偏折现象,传统基于Ⅰ型裂纹扩展的分析方法不再适用。为解决上述问题,本文建立了基于交互作用积分理论的异种金属焊接区域裂纹扩展模拟方法。通过交互作用积分的引入,能够准确计算焊接区域复合型裂纹的应力强度因子,采用最大周向应力等裂纹扩展准则后,能够快速实现裂纹扩展路径的预测。通过将本文方法与实验结果和解析解进行对比分析,验证了当前方法的精度和有效性。该方法的建立对焊接区域裂纹扩展模拟及核电设备安全分析评价具有重要意义。 展开更多

关键词 异种金属焊接 交互作用积分 有限元方法 裂纹扩展路径

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材料断裂内聚力区牵引-分离曲线的测量方法研究 被引量：4

4

作者 沈珉 刘赫 于济菘 《实验力学》 CSCD 北大核心 2018年第3期395-409,共15页

内聚力模型是模拟复合材料界面分层、脱粘等力学行为的有效工具。本文分别提出了改进的直接测量法和交互M积分反解法来测量材料的内聚力区牵引-分离关系曲线。在紧凑拉伸断裂力学实验的有限元数值模型中,分别应用两种方法测取了内聚力... 内聚力模型是模拟复合材料界面分层、脱粘等力学行为的有效工具。本文分别提出了改进的直接测量法和交互M积分反解法来测量材料的内聚力区牵引-分离关系曲线。在紧凑拉伸断裂力学实验的有限元数值模型中,分别应用两种方法测取了内聚力模型的牵引-分离曲线。通过与有限元数值解和交互J积分反解法的比较,验证了方法的准确性。本文以20%和49%纤维体积含量的随机云杉短纤维增强聚丙烯复合材料（云杉/PP）为例,分别应用改进的直接测量法、交互M积分反解法和交互J积分反解法得到了该材料内聚力区的牵引-分离曲线。三种方法结果的对比验证表明：三种方法得到的牵引-分离曲线变化趋势一致,曲线所反映的材料内聚力区强度、初始损伤和完全破坏分离量大小以及断裂的能量释放率等主要内聚力参数能够吻合,它们的测取结果都能够完整地描述内聚力区材料的力学行为。 展开更多

关键词 内聚力模型 交互J积分 交互M积分 紧凑拉伸断裂实验 直接测量法 数字图像相关法 随机云杉短纤维增强聚丙烯复合材料

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梯度复合材料裂纹扩展路径和起裂载荷的有限元分析 被引量：5

5

作者 吕毅 许希武 郭树祥 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期1099-1106,共8页

为了模拟功能梯度材料(FGM)在工程应用中可能会出现的断裂问题并计算相应的开裂载荷,通过编写用户自定义UEL子程序将梯度扩展单元嵌入到ABAQUS软件中模拟功能梯度材料的物理场,并编写交互能量积分后处理子程序计算裂纹尖端的混合模式应... 为了模拟功能梯度材料(FGM)在工程应用中可能会出现的断裂问题并计算相应的开裂载荷,通过编写用户自定义UEL子程序将梯度扩展单元嵌入到ABAQUS软件中模拟功能梯度材料的物理场,并编写交互能量积分后处理子程序计算裂纹尖端的混合模式应力强度因子(SIF),采用最大周向应力准则编写子程序计算裂纹的偏转角,并模拟了裂纹扩展路径,计算了裂纹的起裂载荷。讨论了材料梯度参数对裂纹扩展路径以及起裂载荷的影响规律。通过与均匀材料的对比,验证了功能梯度材料断裂性能的优越性。研究表明:外载平行于梯度方向时,垂直梯度方向的初始裂纹朝着等效弹性模量小的方向扩展,且偏转角在梯度指数线性时出现峰值,并随着组分弹性模量比的增加而变大;当外载和初始裂纹均平行于梯度方向时,材料等效弹性模量和断裂韧性的增加或者梯度指数的减小都导致起裂载荷变大。 展开更多

关键词 梯度复合材料 最大周向应力准则 交互能量积分 裂纹扩展路径 起裂载荷

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KK节点中表面裂纹应力强度因子的数值分析 被引量：3

6

作者 邵永波 杜之富 胡维东 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2007年第8期9-14,共6页

海洋平台中的管节点在出现疲劳裂纹后,其残余寿命的估算依赖于对焊缝处表面裂纹应力强度因子的精确计算。首先介绍了包含表面裂纹的KK节点的有限元网格产生方法。采用了五种不同类型的单元,即六面体单元、四分之一结点的裂纹单元、棱柱... 海洋平台中的管节点在出现疲劳裂纹后,其残余寿命的估算依赖于对焊缝处表面裂纹应力强度因子的精确计算。首先介绍了包含表面裂纹的KK节点的有限元网格产生方法。采用了五种不同类型的单元,即六面体单元、四分之一结点的裂纹单元、棱柱单元、棱锥单元以及四面体单元来形成KK节点焊缝处表面裂纹的网格。然后通过交互J积分法计算出了KK节点表面裂纹的应力强度因子分布情况。 展开更多

关键词 管节点 应力强度因子 交互J积分法 表面裂纹 有限元网格

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双向梯度复合材料裂纹尖端应力强度因子研究 被引量：3

7

作者 陈康 许希武 郭树祥 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期1832-1845,共14页

为了进一步改善梯度复合材料力学分析及设计水平,推导了一种适用于双向梯度复合材料断裂特性分析的梯度扩展单元法(XFEM)。采用细观力学方法描述材料沿梯度方向变化的力学属性,通过线性插值位移场给出了4节点梯度扩展单元随空间位置变... 为了进一步改善梯度复合材料力学分析及设计水平,推导了一种适用于双向梯度复合材料断裂特性分析的梯度扩展单元法(XFEM)。采用细观力学方法描述材料沿梯度方向变化的力学属性,通过线性插值位移场给出了4节点梯度扩展单元随空间位置变化的刚度矩阵,建立了结构的连续梯度有限元模型,并采用交互能量积分计算得到了裂纹尖端的应力强度因子(SIF)。通过与已有文献结果对比验证了梯度扩展单元的优越性,并讨论了双向梯度结构中相关参数对SIF的影响规律,得到结论:梯度扩展单元能够提高梯度材料中裂纹尖端SIF的计算精度,其计算结果随着网格密度的增加迅速收敛于精确解;双向梯度结构的组份分布形式和属性梯度能够明显影响裂纹尖端的SIF;对于多裂纹双向梯度结构,裂纹间的相互作用增大了裂纹尖端的SIF,弹性模量大的一侧SIF较大。 展开更多

关键词 双向梯度复合材料 有限单元法 应力强度因子 梯度扩展单元法 交互能量积分

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一种实验与数值模拟相结合的内聚力区参数反解算法 被引量：2

8

作者 沈珉 于济菘 +2 位作者 黄亚烽 张晓旭 刘赫 《实验力学》 CSCD 北大核心 2016年第6期751-762,共12页

随着内聚力模型的应用越来越广泛,获得材料内聚力区参数成为了材料断裂行为研究的一个重要内容。本文提出了一种实验测量与数值模拟相结合的材料内聚力区参数反解方法。该方法首先利用数字图像相关方法测量试件裂纹尖端的内聚力区分离量... 随着内聚力模型的应用越来越广泛,获得材料内聚力区参数成为了材料断裂行为研究的一个重要内容。本文提出了一种实验测量与数值模拟相结合的材料内聚力区参数反解方法。该方法首先利用数字图像相关方法测量试件裂纹尖端的内聚力区分离量,然后利用数值辅助场以及交互J积分与路径无关的性质反解内聚力区牵引力。本文利用数值实验验证了这一方法的有效性,并对反解过程中积分路径、网格密度等因素对求解结果的影响进行了讨论。最后,利用本方法求取了20%体积含量随机云杉短纤维增强聚丙烯复合材料(云杉/PP复合材料)的内聚力区参数。 展开更多

关键词 内聚力模型 交互J积分 数字图像相关 数值实验 随机云杉短纤维增强聚丙烯复合材料

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金属梯度材料应力强度因子研究

9

作者 沈逸文 许希武 《科学技术与工程》 北大核心 2012年第12期2775-2779,2790,共6页

在金属梯度材料的制备与使用过程中,难免在内部会产生大量的微裂纹。这些微裂纹会逐步扩展演变成更大的裂纹,从而严重影响到整个构件的性能。因此研究金属梯度材料的断裂问题对材料的安全使用,优化设计和结构分析有着重大的实际意义。... 在金属梯度材料的制备与使用过程中,难免在内部会产生大量的微裂纹。这些微裂纹会逐步扩展演变成更大的裂纹,从而严重影响到整个构件的性能。因此研究金属梯度材料的断裂问题对材料的安全使用,优化设计和结构分析有着重大的实际意义。采用了有限元模拟结合交互式积分的方法分别计算得到了含有边缘裂纹及按任意角度变化的中心裂纹的金属梯度板的应力强度因子,并讨论了参数对其应力强度因子的影响规律,展望了其未来的发展。 展开更多

关键词 金属梯度材料 有限单元法 交互式积分 应力强度因子

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动载下裂纹应力强度因子计算的数值流形元法 被引量：16

10

作者 杨永涛 徐栋栋 郑宏 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第5期730-738,共9页

相较于传统有限元,数值流形方法(numericalmanifoldmethod,NMM)的一个显著优点是在处理裂纹问题时网格无需与裂纹重合,这就方便了岩体破坏过程的模拟.基于包含裂尖增强函数的NMM,采用Newmark隐式动力学算法进行时间积分,重点研究了动力... 相较于传统有限元,数值流形方法(numericalmanifoldmethod,NMM)的一个显著优点是在处理裂纹问题时网格无需与裂纹重合,这就方便了岩体破坏过程的模拟.基于包含裂尖增强函数的NMM,采用Newmark隐式动力学算法进行时间积分,重点研究了动力载荷条件下裂纹动态应力强度因子(dynamicstressintensityfactor,DSIF)的求解方法.针对典型的线弹性动力裂纹问题,给出了NMM的数值算例.结果表明NMM能够准确计算动载荷条件下裂纹的DSIF,并且具有较好的收敛性. 展开更多

关键词 数值流形法 动态应力强度因子 交互积分 Newmark时间积分 裂纹

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数值流形法在处理强奇异性问题时的网格无关性 被引量：7

11

作者 徐栋栋 郑宏 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期2385-2393,共9页

数值流形方法(NMM)的最大优势在于可以统一地处理岩土力学中的连续和非连续变形问题。它在求解断裂力学问题时无需强制裂纹与数学网格保持一致,非常适合应用于岩土工程中由连续到非连续的破坏过程模拟。在裂纹扩展过程中,裂纹与数学网... 数值流形方法(NMM)的最大优势在于可以统一地处理岩土力学中的连续和非连续变形问题。它在求解断裂力学问题时无需强制裂纹与数学网格保持一致,非常适合应用于岩土工程中由连续到非连续的破坏过程模拟。在裂纹扩展过程中,裂纹与数学网格的相对位置将会是任意的,如裂纹尖端可能落在网格内部、网格节点上或网格边上等。因此,对同一条裂纹,通过旋转和移动数学网格构造了它们之间的这种相对位置关系以及一些可能对计算结果产生影响的极端情况,并以应力强度因子作为衡量标准,研究了NMM在处理线弹性断裂力学问题时的网格依赖性。研究表明,NMM即使在处理强奇异性问题时依然有着很好的网格无关性,进一步证实了它在模拟裂纹扩展问题时的鲁棒性。 展开更多

关键词 数值流形法 网格无关性 奇异性 应力强度因子 J积分 交互积分

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基于扩展有限元的多裂纹扩展分析 被引量：6

12

作者 束一秀 李亚智 +1 位作者 姜薇 贾雨轩 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期197-203,共7页

研究基于扩展有限元的多裂纹扩展分析方法以及ABAQUS环境下的程序实现。在位移函数中增加扩充项以描述裂纹周围的不连续位移场。初始裂纹以点集或方程的形式给出,并使用水平集函数将多裂纹信息离散到单元节点上,水平集函数还用来追踪裂... 研究基于扩展有限元的多裂纹扩展分析方法以及ABAQUS环境下的程序实现。在位移函数中增加扩充项以描述裂纹周围的不连续位移场。初始裂纹以点集或方程的形式给出,并使用水平集函数将多裂纹信息离散到单元节点上,水平集函数还用来追踪裂纹扩展路径。使用局部水平集更新方法减小了计算规模,改进了裂尖单元的判断准则,借助商业软件Tecplot软件实现了裂纹扩展的动态显示功能。使用交互积分法计算混合模式下的应力强度因子,用最大周向拉应力准则判断裂纹扩展方向。探讨了网格密度和积分域尺寸对方法的影响,数值算例表明扩展有限元方法能够模拟任意形状的裂纹,并且能够反映多裂纹扩展的规律。 展开更多

关键词 ABAQUS 裂尖 疲劳裂纹扩展 有限元 流程图 矩阵代数 刚度矩阵 应力强度因子 交互积分 水平集法 扩展有限元法

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界面裂纹的Cell-Based光滑有限元法研究 被引量：3

13

作者 周立明 孟广伟 李锋 《湖南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期34-39,共6页

为提高求解含界面裂纹结构断裂参数的精度,基于界面断裂力学和Cell-Based光滑有限元法,提出了求解双材料界面裂纹断裂参数的Cell-Based光滑有限元法,给出了求解应力强度因子的光滑子域交互积分法,对含中心界面裂纹双材料无限板进行了模... 为提高求解含界面裂纹结构断裂参数的精度,基于界面断裂力学和Cell-Based光滑有限元法,提出了求解双材料界面裂纹断裂参数的Cell-Based光滑有限元法,给出了求解应力强度因子的光滑子域交互积分法,对含中心界面裂纹双材料无限板进行了模拟,并与FEM计算结果和解析解进行了对比,讨论了光滑子元数和单元个数与正则应力强度因子的关系及其收敛性.数值算例结果表明该方法具有很好的收敛性和精度,可为研究人员和工程师设计制造多层材料提供必要参考. 展开更多

关键词 光滑有限元法 界面裂纹 应力强度因子 交互积分

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基于XFEM研究含颗粒夹杂材料的疲劳裂纹行为 被引量：1

14

作者 束一秀 李亚智 +1 位作者 尚海江 姜薇 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期547-554,共8页

材料中的颗粒夹杂会改变附近的应力分布,对疲劳裂纹的扩展行为有显著的影响。在XFEM方法的基础上,借助一种考虑界面影响的交互积分方法以及ABAQUS的二次开发环境,模拟疲劳裂纹在非匀质材料中的扩展,研究夹杂颗粒对疲劳裂纹扩展的影响模... 材料中的颗粒夹杂会改变附近的应力分布,对疲劳裂纹的扩展行为有显著的影响。在XFEM方法的基础上,借助一种考虑界面影响的交互积分方法以及ABAQUS的二次开发环境,模拟疲劳裂纹在非匀质材料中的扩展,研究夹杂颗粒对疲劳裂纹扩展的影响模式。裂纹和夹杂使用扩充函数结合水平集函数隐式模拟,使用最大周向拉应力准则判断裂纹扩展方向。通过模拟疲劳裂纹经过对称夹杂和非对称夹杂的情况,分别研究夹杂对裂纹扩展速率以及扩展路径的影响模式,探讨了夹杂的材料性质对结果的影响,考虑了裂纹在特定情况下可能刺入夹杂的情况。将部分数值结果与更新网格方法以及以往的扩展有限元模拟结果进行了对比,体现了该文方法的优点和模拟结果的合理性。 展开更多

关键词 疲劳裂纹扩展 扩展有限元法 交互积分 应力强度因子 材料界面

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裂纹扩展独立于网格的一种有限元单元子划分方法 被引量：1

15

作者 潘清 周储伟 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期13-19,共7页

提出了一种有限元模拟裂纹扩展的单元子划分结合子结构的方法.该方法中,裂纹可以进入或穿过一个单元,或沿单元的边界扩展,因此裂纹可以沿任意路径扩展而不受初始网格的限制.对上述几类包含裂纹的单元按照裂纹的路径进行子划分,覆盖一条... 提出了一种有限元模拟裂纹扩展的单元子划分结合子结构的方法.该方法中,裂纹可以进入或穿过一个单元,或沿单元的边界扩展,因此裂纹可以沿任意路径扩展而不受初始网格的限制.对上述几类包含裂纹的单元按照裂纹的路径进行子划分,覆盖一条裂纹的所有子划分单元就组成了一个子结构,子结构规模随裂纹的扩展而增大.子结构中因单元子划分而新增的结点自由度,通过自由度的凝聚用初始网格结点的自由度表示,因此结构整体分析的总自由度不变.以上述方法为基础建立了裂纹萌生和扩展的准则.用论文的方法分析了单(双)材料无限大平面中心(界面)裂纹的裂尖场,验证了论文方法的精度,并模拟了颗粒复合材料中微裂纹在颗粒、基体和界面中逐步扩展的过程,考核了论文方法对复杂裂纹扩展问题模拟的适用性. 展开更多

关键词 裂纹扩展 单元子划分 子结构 网格重构 交互积分

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基于数值流形方法和交互积分法的平面裂纹T应力求解 被引量：3

16

作者 刘思敏 张慧华 +1 位作者 韩尚宇 刘强 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期113-120,共8页

发展了用于计算含裂纹平面各向同性线弹性材料T应力的数值流形方法(NMM)。利用修正变分原理导出了分析二维裂纹问题的NMM离散方程,给出了围域型交互积分法提取T应力的主要公式;对单边裂纹问题、倾斜裂纹问题、孔边多裂纹问题三个算例进... 发展了用于计算含裂纹平面各向同性线弹性材料T应力的数值流形方法(NMM)。利用修正变分原理导出了分析二维裂纹问题的NMM离散方程,给出了围域型交互积分法提取T应力的主要公式;对单边裂纹问题、倾斜裂纹问题、孔边多裂纹问题三个算例进行了模拟,证实了本文方法的收敛性和精度,并进一步探讨了裂纹构型(如裂纹的长度和倾角)对T应力的影响规律。 展开更多

关键词 T应力 平面裂纹 断裂参数 数值流形方法 交互积分法

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交互积分法在求解裂纹应力强度因子中的应用

17

作者 岳宇辰 刘晓峰 《信息通信》 2016年第7期72-74,共3页

文章首先详细介绍交互积分法的原理,以含中心裂纹矩形板为分析对象,采用有限元软件ANSYS为工具,比较交互积分法和位移外推法计算应力强度因子(SIF)的准确性,结果表明交互积分法计算误差较小,在此基础上采交互积分法计算动态应力强度因子... 文章首先详细介绍交互积分法的原理,以含中心裂纹矩形板为分析对象,采用有限元软件ANSYS为工具,比较交互积分法和位移外推法计算应力强度因子(SIF)的准确性,结果表明交互积分法计算误差较小,在此基础上采交互积分法计算动态应力强度因子(DSIF),结果与Chen的计算结果基本一致,进一步验证了交互积分法计算的准确性。 展开更多

关键词 交互积分法 应力强度因子 ANSYS 位移外推法

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