結(jié)構(gòu)表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算方法研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的裂紋會(huì)降低結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全性，甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的失效。因此，對(duì)存在裂紋的構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度分析尤為重要。根據(jù)線彈性斷裂力學(xué)得到的應(yīng)力強(qiáng)度因子是評(píng)估裂紋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)于研究裂紋擴(kuò)展和結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，獲得裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子是分析工作的基本條件之一。應(yīng)力強(qiáng)度因子可以通過(guò)數(shù)值計(jì)算來(lái)得到，但這些數(shù)值方法在應(yīng)用到大型實(shí)際結(jié)構(gòu)中時(shí)會(huì)遇到一些困難，比如結(jié)構(gòu)所承受的外載荷以及其它邊界條件有很大的不確定性，建立精確的裂紋結(jié)構(gòu)有限元模型也將花

2、費(fèi)大量的時(shí)間和精力等等。 本文研發(fā)一種應(yīng)用PVDF壓電薄膜作為應(yīng)變傳感器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)表面裂紋形狀大小檢測(cè)和裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子檢測(cè)兩種功能的新型工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法。 首先，從無(wú)限體埋藏裂紋表面法向位移間斷的解析解入手，通過(guò)有限元數(shù)值計(jì)算進(jìn)行邊界效應(yīng)處理，把解析解從無(wú)限體埋藏裂紋引申到有限體表面裂紋，推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)表面裂紋張開(kāi)位移和深度之間的關(guān)系表達(dá)式，并通過(guò)三維有限元數(shù)值分析對(duì)表達(dá)式進(jìn)行了驗(yàn)證。 其次，以無(wú)限大彈性體埋藏

3、橢圓裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的解析解為理論基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)值分析的方法，建立平板表面裂紋深度和應(yīng)力強(qiáng)度因子之間的定量關(guān)系。 最后，對(duì)本文的方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。將PVDF壓電薄膜直接粘貼在表面裂紋上，采用非接觸式靜電電壓表測(cè)量薄膜表面因裂紋張開(kāi)位移產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，從而反推出裂紋張開(kāi)位移量，并進(jìn)一步根據(jù)已建立的關(guān)系表達(dá)式計(jì)算表面裂紋深度及深度方向的應(yīng)力強(qiáng)度因子。本文制作了一個(gè)表面半橢圓片狀裂紋模型，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了本文提出的檢測(cè)方法具有可行性并且