裂纹尖端应力强度因子的有限元计算方法分析 被引量：34

1

作者 刘明尧 柯孟龙 +2 位作者 周祖德 谭跃刚 梁安 《武汉理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第6期116-121,共6页

通过在裂纹前缘附近采用退化的奇异单元,远离裂纹部分则采用常规单元的方式,建立了带穿透性裂纹板的有限元模型。分析了1/4节点位移法、位移外推法、虚拟裂纹闭合法3种方法计算裂纹尖端应力强度因子的特点。根据有限元后处理结果,分别... 通过在裂纹前缘附近采用退化的奇异单元,远离裂纹部分则采用常规单元的方式,建立了带穿透性裂纹板的有限元模型。分析了1/4节点位移法、位移外推法、虚拟裂纹闭合法3种方法计算裂纹尖端应力强度因子的特点。根据有限元后处理结果,分别采用以上3种方法计算了裂纹尖端的应力强度因子,结果显示3种方法计算结果一致性较好。研究了载荷、裂纹长度、构件几何参数对裂纹尖端应力强度因子的影响。3种方法的比较分析,对裂纹尖端应力强度因子的计算方法选择具有指导意义。 展开更多

关键词 奇异单元 应力强度因子 1/4节点法 位移外推法 虚拟裂纹闭合法

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基于三维裂纹尖端应力场的应力强度因子计算方法 被引量：16

2

作者 贾旭 胡绪腾 宋迎东 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1417-1426,共10页

提出一种基于无限大体裂纹尖端弹性应力场理论解的前几项多项式函数,对实际裂纹体弹性应力场有限元解进行拟合来计算应力强度因子的方法.该方法在计算应力强度因子时不需要预先假设裂纹尖端的应力应变状态,应力强度因子计算结果更符合... 提出一种基于无限大体裂纹尖端弹性应力场理论解的前几项多项式函数,对实际裂纹体弹性应力场有限元解进行拟合来计算应力强度因子的方法.该方法在计算应力强度因子时不需要预先假设裂纹尖端的应力应变状态,应力强度因子计算结果更符合三维裂纹体裂纹尖端实际的应力应变状态.首先基于二维无限大板中心穿透裂纹应力场理论解验证了方法的有效性,探讨了拟合确定应力强度因子需要的多项式应力函数的项数.然后分别以二维大板中心穿透裂纹、三维大体内埋圆裂纹和三维有限厚板中心穿透裂纹的应力强度因子计算为例,通过与无限大板和无限大体应力强度因子理论解以及基于位移外推法和1/4节点张开位移法的应力强度因子有限元解的对比分析,验证了该方法的有效性和合理性.研究表明该方法能够合理反映三维裂纹体裂纹尖端的实际应力应变状态,计算得到的应力强度因子数值更合理. 展开更多

关键词 三维裂纹 裂纹尖端应力场 应力强度因子 有限元法 位移外推法 1/4节点张开位移法

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多重应力奇异性及其强度系数的数值分析方法 被引量：6

3

作者 许金泉 刘一华 王效贵 《计算力学学报》 CAS CSCD 2000年第2期141-146,共6页

以具有两个应力奇异性次数的平面问题为例 ,提出了一种利用普通的数值分析结果确定奇异点附近多重应力奇异性的各阶次数以及相应的应力强度系数的数值分析方法。计算实例表明 ,本方法可以精确地求得各阶应力奇异性的次数 ,并且可以很方... 以具有两个应力奇异性次数的平面问题为例 ,提出了一种利用普通的数值分析结果确定奇异点附近多重应力奇异性的各阶次数以及相应的应力强度系数的数值分析方法。计算实例表明 ,本方法可以精确地求得各阶应力奇异性的次数 ,并且可以很方便地应用外插法确定出对应的应力强度系数。 展开更多

关键词 多重应力奇异性 应力强度系数 奇异点 数值分析

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动车组空心车轴应力强度因子研究

4

作者 余海峰 吴兴文 +1 位作者 梁树林 池茂儒 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2024年第1期117-124,共8页

为研究动车组空心车轴应力强度因子,首先分析了车轴应力强度因子的影响因素,建立了含裂纹车轴有限元模型,并使用叠加法求解不同载荷下的应力强度因子。然后采用应力外推法和位移外推法计算了应力强度因子,并将计算结果与文献形状因子公... 为研究动车组空心车轴应力强度因子,首先分析了车轴应力强度因子的影响因素,建立了含裂纹车轴有限元模型,并使用叠加法求解不同载荷下的应力强度因子。然后采用应力外推法和位移外推法计算了应力强度因子,并将计算结果与文献形状因子公式法进行对比。最后根据应力强度因子的一般解析式和位移外推法的计算结果,使用五次多项式对形状因子函数进行拟合,通过设置不同的裂纹深度和载荷验证了形状因子函数和解析式的适用性。结果表明该方法对于求解同一载荷模式下的车轴应力强度因子具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 应力强度因子 有限元 叠加法 应力外推法 位移外推法 形状因子

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基于扩展有限元的应力强度因子的位移外推法 被引量：7

5

作者 周博 薛世峰 《力学与实践》 北大核心 2017年第4期371-378,共8页

针对平面裂纹问题,阐述了扩展有限元法的单元位移模式、推导了扩展有限元法的控制方程、介绍了特殊单元的数值积分技术.基于最小二乘法,建立了应力强度因子位移外推法的计算公式.利用MATLAB编写计算程序,对平面裂纹问题用扩展有限元法... 针对平面裂纹问题,阐述了扩展有限元法的单元位移模式、推导了扩展有限元法的控制方程、介绍了特殊单元的数值积分技术.基于最小二乘法,建立了应力强度因子位移外推法的计算公式.利用MATLAB编写计算程序,对平面裂纹问题用扩展有限元法进行了计算.基于扩展有限元法的计算结果,分别利用位移外推法和相互作用积分法,对平面裂纹的应力强度因子进行了计算.计算结果表明,位移外推法比相互作用积分法能更方便和准确地计算平面裂纹的应力强度因子. 展开更多

关键词 扩展有限元法 应力强度因子 位移外推法 相互作用积分法

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双材料垂直于界面裂纹应力强度因子的有限元法 被引量：6

6

作者 宋鸣 李有堂 魏兴春 《科学技术与工程》 2008年第20期5544-5548,5557,共6页

基于双材料垂直界面裂纹理论,给出了不同于Cook的应力强度因子的定义式,推导出了用应力外推法计算双材料垂直界面裂纹应力强度因子的计算公式。以含双边裂纹有限尺寸板拉伸模型为研究对象,对应力外推法外推点范围和裂尖尺寸的选取进行... 基于双材料垂直界面裂纹理论,给出了不同于Cook的应力强度因子的定义式,推导出了用应力外推法计算双材料垂直界面裂纹应力强度因子的计算公式。以含双边裂纹有限尺寸板拉伸模型为研究对象,对应力外推法外推点范围和裂尖尺寸的选取进行了系统的研究,并通过对比分析相同边界条件下的单材料和双材料应力强度因子,对应力外推法应用到双材料问题中的有效性进行了验证。 展开更多

关键词 双材料 界面裂纹 应力强度因子 有限元 应力外推法

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位移外推法和扩展有限元法计算应力强度因子的比较

7

作者 张亚洲 钟红 王立强 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第5期2045-2051,共7页

作为评定裂缝是否扩展的重要参量,应力强度因子的计算精度影响材料性能的评估。通过含预制裂缝的三点弯曲梁、矩形板中心裂缝、矩形板中心斜裂缝和矩形板中心界面裂缝模型4个数值算例,采用位移外推法和扩展有限元法分别计算了裂缝尖端... 作为评定裂缝是否扩展的重要参量,应力强度因子的计算精度影响材料性能的评估。通过含预制裂缝的三点弯曲梁、矩形板中心裂缝、矩形板中心斜裂缝和矩形板中心界面裂缝模型4个数值算例,采用位移外推法和扩展有限元法分别计算了裂缝尖端应力强度因子。将计算结果与解析解或其他数值方法参考解进行对比验证了上述两种方法的计算精度。此外,探讨了网格密度对应力强度因子求解精度的影响以及剔除裂尖附近的结果对位移外推法求解应力强度因子的影响。发现位移外推法可以通过对裂尖进行网格局部加密和去除裂尖奇异点来提高精度;扩展有限元法对网格密度要求相对较小,综合计算时间考虑,可以适当增加网格密度。结果可为求解应力强度因子和针对试验-数值耦合法计算断裂韧度提供参考。 展开更多

关键词 应力强度因子 位移外推法 扩展有限元法 单材料均质模型 双材料界面模型

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垂直于界面V型缺口尖端的应力奇异性及其应用 被引量：5

8

作者 宋鸣 李有堂 段红燕 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第4期752-756,839,共5页

基于双材料垂直于界面V型缺口理论,给出了单一材料和双材料裂纹问题、V型缺口问题应力强度因子的统一定义,得到了应力外推法计算双材料KⅠ的公式,数值算例验证了本文方法的有效性。以双材料单向拉伸和三点弯曲模型为对象,深入研究了双... 基于双材料垂直于界面V型缺口理论,给出了单一材料和双材料裂纹问题、V型缺口问题应力强度因子的统一定义,得到了应力外推法计算双材料KⅠ的公式,数值算例验证了本文方法的有效性。以双材料单向拉伸和三点弯曲模型为对象,深入研究了双材料中弹性模量、泊松比、缺口深度、缺口张角对缺口尖端奇异应力场的影响,获得了一定范围内各种参数变化对缺口尖端奇异应力场的影响规律,为异体材料形成的V型缺口在应力断料中的应用提供了必要的参考依据。 展开更多

关键词 双材料 V型缺口 应力外推法 应力强度因子 应力断料

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完全叠接K型管节点的应力集中系数的试验研究 被引量：5

9

作者 曲淑英 张宝峰 +1 位作者 张国栋 邵永波 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2009年第7期83-88,共6页

海洋平台管节点的疲劳寿命预测通常采用S-N曲线方法,其中应力幅S的大小需由应力集中系数这个参数来确定。该文通过对大型完全叠接K节点试件在轴向载荷作用下应力集中系数的试验研究,得到了轴向载荷作用下完全叠接K节点焊缝周围的应力集... 海洋平台管节点的疲劳寿命预测通常采用S-N曲线方法,其中应力幅S的大小需由应力集中系数这个参数来确定。该文通过对大型完全叠接K节点试件在轴向载荷作用下应力集中系数的试验研究,得到了轴向载荷作用下完全叠接K节点焊缝周围的应力集中系数分布和应力集中系数极值点位置,从疲劳的角度证实了完全叠接管节点形式有利于主管的安全。 展开更多

关键词 完全叠接管节点 应力集中系数疲劳分析S-N曲线外推插值法

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圆钢管混凝土T型焊接节点应力强度因子计算方法研究 被引量：5

10

作者 顾敏 童乐为 +1 位作者 Zhao Xiao-ling 王笑峰 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2011年第5期178-185,共8页

主管内填充混凝土的圆管桁架是一种新型结构,鉴于断裂力学评估这种结构疲劳性能的需要,该文探讨了圆钢管混凝土T型焊接节点在支管轴拉力作用下的应力强度因子计算方法。首先,根据节点的热点应力分布和疲劳裂纹试验结果,提出了节点断裂... 主管内填充混凝土的圆管桁架是一种新型结构,鉴于断裂力学评估这种结构疲劳性能的需要,该文探讨了圆钢管混凝土T型焊接节点在支管轴拉力作用下的应力强度因子计算方法。首先,根据节点的热点应力分布和疲劳裂纹试验结果,提出了节点断裂力学分析的半椭圆表面裂纹模型。其次,推导了主管、支管及混凝土等部分的参数变换公式,并通过ANSYS软件中的APDL工具编制程序实现了有限元建模、裂纹前沿奇异单元构造;最后,采用位移外推法计算了应力强度因子。计算结果表明:该文有限元分析模型是可靠的,数值方法计算带表面裂纹的钢管混凝土节点的应力强度因子是可行的。 展开更多

关键词 圆管-圆管混凝土焊接节点 裂纹扩展模型 应力强度因子 位移外推法 有限元分析

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位移外推法在应力强度因子计算中的应用 被引量：5

11

作者 朱锐 邓乾金 《机械工程与自动化》 2013年第2期190-191,共2页

应力强度因子是断裂力学中表征裂纹尖端应力奇性场的强度的参量,其确定方法很多。通过应用ANSYS软件中的"位移外推"法对应力强度因子进行了计算分析,并与公式法计算出的理论值进行比较。结果表明:在误差允许的范围内,用位移... 应力强度因子是断裂力学中表征裂纹尖端应力奇性场的强度的参量,其确定方法很多。通过应用ANSYS软件中的"位移外推"法对应力强度因子进行了计算分析,并与公式法计算出的理论值进行比较。结果表明:在误差允许的范围内,用位移外推法计算应力强度因子是可靠的。 展开更多

关键词 应力强度因子 ANSYS 位移外推法

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改进的求解应力强度因子的外插方法 被引量：3

12

作者 王宝庭 徐道远 王立民 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 1999年第5期39-42,共4页

分析了无限大板中求解应力强度因子的应力外插法的误差原因，发现靠近裂纹尖端的应力误差可以用简单公式近似表达，由此建议用修正应力外插法提高有限元方法求解应力强度因子的精度，并通过二维问题验证了它的有效性．结果表明，修正后... 分析了无限大板中求解应力强度因子的应力外插法的误差原因，发现靠近裂纹尖端的应力误差可以用简单公式近似表达，由此建议用修正应力外插法提高有限元方法求解应力强度因子的精度，并通过二维问题验证了它的有效性．结果表明，修正后可以较大地提高其精度． 展开更多

关键词 应力强度因子 应力外插法 裂纹板

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海洋平台中KK管节点表面裂纹应力强度因子的有限元计算方法 被引量：4

13

作者 邵永波 杜之富 胡维东 《船舶力学》 EI 北大核心 2008年第1期80-88,共9页

海洋平台中的KK管节点由于长期承受循环载荷而容易在焊缝处产生疲劳表面裂纹。对包含表面裂纹的KK节点的残余寿命的评估依赖于对表面裂纹应力强度因子的准确估算。本文首先提出了KK节点中表面裂纹的有限元网格产生方法,然后采用线弹性... 海洋平台中的KK管节点由于长期承受循环载荷而容易在焊缝处产生疲劳表面裂纹。对包含表面裂纹的KK节点的残余寿命的评估依赖于对表面裂纹应力强度因子的准确估算。本文首先提出了KK节点中表面裂纹的有限元网格产生方法,然后采用线弹性断裂力学理论,通过裂纹前缘的位移外推插值法分析了KK节点在轴向力作用下沿着表面裂纹的应力强度因子的分布情况。最后,通过对22个KK节点的模型分析,研究了节点的几何参数和裂纹形状参数对应力强度因子的影响情况。 展开更多

关键词 KK管节点 表面裂纹 应力强度因子 有限元网格 线弹性断裂力学 位移外推插值法

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基于扩展有限元法计算二维应力强度因子 被引量：3

14

作者 黄毅 宋侨 +1 位作者 骆旭锋 常岩军 《广西大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2018年第1期365-370,共6页

基于ABAQUS有限元分析平台和UEL用户自定义单元接口,采用Matlab编制了扩展有限元的分析程序,对单边裂纹有限板条试件进行了扩展有限元模拟,并用位移外推法计算了裂纹的应力强度因子,探讨了网格密度和积分区域尺寸以及积分点个数对计算... 基于ABAQUS有限元分析平台和UEL用户自定义单元接口,采用Matlab编制了扩展有限元的分析程序,对单边裂纹有限板条试件进行了扩展有限元模拟,并用位移外推法计算了裂纹的应力强度因子,探讨了网格密度和积分区域尺寸以及积分点个数对计算应力强度因子精度的影响。数值结果表明:细化网格可以显著提高有限元的计算精度,但由于扩展有限元本身精度较高,细化网格对提高扩展有限元计算精度的效果不明显;合理确定富集单元积分区域范围以及增加积分点个数都可以提高计算精度。 展开更多

关键词 应力强度因子 扩展有限元法 位移外推法 裂尖位移场 网格密度

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基于单元应力外推法的中心裂纹板应力强度因子精度研究 被引量：2

15

作者 李亚春 陈春城 +4 位作者 孟辉 华文根 钟镇星 陈昂 李宜炎 《国防交通工程与技术》 2018年第6期27-31,21,共6页

利用ABAQUS有限元软件建立有限宽中心裂纹板的裂纹扩展有限元模型,选取裂纹前端不同数目单元,采用三种基于单元应力外推法的最小二乘法拟合应力场和位移场数据对(ri,KIi),得到中心裂纹板裂纹尖端处I型裂纹应力强度因子。通过与理论解对... 利用ABAQUS有限元软件建立有限宽中心裂纹板的裂纹扩展有限元模型,选取裂纹前端不同数目单元,采用三种基于单元应力外推法的最小二乘法拟合应力场和位移场数据对(ri,KIi),得到中心裂纹板裂纹尖端处I型裂纹应力强度因子。通过与理论解对比,结果表明:每种方法都对应一个最佳单元选取数目,方法二对应的最佳单元选取数目最小,方法三对应的最佳单元选取数目居中,方法一对应的最佳单元选取数目最大;裂纹前端单元选取数目小于最佳数目时数值解小于理论解,裂纹前端单元选取数目大于最佳数目时数值解大于理论解;应力强度因子的求解精度与单元选取数目和拟合方法有关。三种方法的比较分析,对采用基于单元应力外推法求解应力强度因子时单元数目和拟合方法的选取具有指导意义。 展开更多

关键词 中心裂纹板 应力强度因子 单元应力 外推法 最小二乘法 最佳单元选取数目

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Ⅰ型裂纹应力强度因子的有限元计算方法 被引量：1

16

作者 李磅磅 邹志鉴 《农业装备与车辆工程》 2022年第4期70-73,共4页

建立求解应力强度因子的三点弯曲试样模型,采用位移外推法、应力外推法、虚拟裂纹闭合法等3种不同的方法计算Ⅰ型裂纹应力强度因子K_(I)。研究了载荷、裂纹长度、试样的几何参数等对Ⅰ型裂纹应力强度因子的影响。结果表明,3种方法计算出... 建立求解应力强度因子的三点弯曲试样模型,采用位移外推法、应力外推法、虚拟裂纹闭合法等3种不同的方法计算Ⅰ型裂纹应力强度因子K_(I)。研究了载荷、裂纹长度、试样的几何参数等对Ⅰ型裂纹应力强度因子的影响。结果表明,3种方法计算出的KI值的结果一致性良好,与解析解相比都能达到较高精度。分析比较3种计算方法,对裂纹应力强度因子计算方法的选择提供参考。 展开更多

关键词 应力强度因子 位移外推法 虚拟裂纹闭合法 三点弯曲试样

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KK管节点中表面带裂纹应力强度因子的数值分析及参数研究 被引量：1

17

作者 杜之富 邵永波 胡维东 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期259-265,共7页

提出一种适用于包含表面裂纹的KK节点的有限元网格分区产生方法。这种方法是根据计算精度的需要,把整个KK节点结构划分为几个不同的子区域,其中每个子区域由不同类型的单元和网格密度组成。对KK节点中表面裂纹的模拟采用五种单元,即六... 提出一种适用于包含表面裂纹的KK节点的有限元网格分区产生方法。这种方法是根据计算精度的需要,把整个KK节点结构划分为几个不同的子区域,其中每个子区域由不同类型的单元和网格密度组成。对KK节点中表面裂纹的模拟采用五种单元,即六面体单元、棱柱单元、四分之一结点的棱柱单元、四面体单元和棱锥单元。采用五种不同类型的单元模拟表面裂纹,可以有效避免裂纹附近单元的过度扭曲,保证计算精度。在提出的有限元模型基础上,采用J积分和位移外推插值两种方法计算KK节点中表面裂纹边缘的应力强度因子值。计算结果发现,两种方法得到的结果非常吻合,从而证明这两种方法在计算KK节点中表面裂纹应力强度因子的可行性。最后,通过对70个KK节点模型的分析计算,研究节点的几何参数以及裂纹形状对应力强度因子的影响。 展开更多

关键词 KK管节点 表面裂纹 应力强度因子 J积分 位移外推插值

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三维裂纹裂尖场的高阶项 被引量：2

18

作者 郭凤明 许金泉 《力学季刊》 CSCD 北大核心 2008年第2期229-235,共7页

现实中的裂纹一般都属于三维裂纹。绝大多数关于三维裂纹的研究通常只关心裂尖场的奇异项及应力强度因子,而不涉及其高阶项。然而,在疲劳以及小裂纹等问题中,高阶项的影响一般是不能忽略的。针对三维椭圆裂纹,通过特定的坐标转换,得到... 现实中的裂纹一般都属于三维裂纹。绝大多数关于三维裂纹的研究通常只关心裂尖场的奇异项及应力强度因子,而不涉及其高阶项。然而,在疲劳以及小裂纹等问题中,高阶项的影响一般是不能忽略的。针对三维椭圆裂纹,通过特定的坐标转换,得到了沿椭圆长、短轴方向的应力分布及其高阶项,并依据该高阶项,提出了三维裂纹问题的应力强度因子数值外插法,通过有限元分析,证实了所提出的外插法的有效性。 展开更多

关键词 三维裂纹 裂尖奇异场 应力强度因子 高阶项 外插法

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一种确定结合材料界面端应力强度因子的数值方法

19

作者 王海军 孙宝元 王吉军 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第4期506-509,共4页

基于弹性力学平面问题的基本方程,给出了结合材料界面端的应力奇异性特征方程以及位移场和奇异应力场。提出了一种确定结合材料界面端应力强度因子的数值外插方法。对界面端区域进行了有限元网格单元划分。经过具体实例检验进一步确定... 基于弹性力学平面问题的基本方程,给出了结合材料界面端的应力奇异性特征方程以及位移场和奇异应力场。提出了一种确定结合材料界面端应力强度因子的数值外插方法。对界面端区域进行了有限元网格单元划分。经过具体实例检验进一步确定了求解应力强度因子的最佳方向,该数值外插法的计算结果精度符合工程应用的要求,为工程材料强度的评价提供了有效的计算途径。 展开更多

关键词 结合材料 界面端 应力强度因子 外插法

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玻璃钢套管Ⅰ型裂纹应力强度因子的数值计算

20

作者 宋彦琦 李向上 李国庆 《辽宁工程技术大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2017年第9期949-954,共6页

为研究含裂纹玻璃钢套管裂纹尖端应力强度因子,采用ANSYS软件建立了含中心裂纹玻璃钢套管的有限元模型,研究了玻璃钢套管长度、端面直径、裂纹长度及外载荷对裂纹尖端应力强度因子的影响.研究结果表明:可以采用有限元软件解决裂纹尖端... 为研究含裂纹玻璃钢套管裂纹尖端应力强度因子,采用ANSYS软件建立了含中心裂纹玻璃钢套管的有限元模型,研究了玻璃钢套管长度、端面直径、裂纹长度及外载荷对裂纹尖端应力强度因子的影响.研究结果表明:可以采用有限元软件解决裂纹尖端应力场奇异性的问题,验证了使用位移外推法和J积分方法求解应力强度因子的正确性;当只改变一个参数时:裂纹尖端应力强度因子随裂纹长度变化呈线性增长;随着外载荷的增长,裂纹尖端应力强度因子呈正比关系增长;当试件长度与裂纹长度符合无限大平板假说时,采用位移外推法和J积分方法求解的应力强度因子与解析解基本一致.该成果对研究玻璃钢套管具有一定的参考价值和指导意义. 展开更多

关键词 玻璃钢套管 应强度因子 ANSYS模拟 位移外推法 J积分法

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