三維復合型裂紋應力強度因子有限元分析.pdf

1、應力強度因子K是裂紋尖端附近應力應變場強度的表征，可作為判斷裂紋是否進入失穩(wěn)狀態(tài)的一個指標，因此，獲得裂紋體的應力強度因子是線彈性斷裂力學研究中一項重要工作。 本文詳細介紹了四種二維裂紋尖端應力強度因子的數(shù)值分析方法，虛擬封閉積分方法、修正的虛擬封閉積分方法、應力外推法和位移外推法?；诖怂姆N計算分析方法，利用有限元軟件建立二維雙邊直裂紋試樣模型，計算裂紋尖端的應力強度因子，比較在裂紋尖端附近不同精度網(wǎng)格條件下不同計算方法的精確

2、度。從中挑選出精確且計算步驟少的修正虛擬封閉積分方法，并將其應用于二維復合型裂紋應力強度因子的計算和分析，把計算結果與二維解析參考值相比較，驗證其計算二維復合裂紋問題的準確性。在此基礎上把該方法廣義化，提出三維廣義化的虛擬封閉積分方法作為三維裂紋問題的計算方法，并驗證其計算三維裂紋問題的有效性。 為了進一步驗證廣義化的修正虛擬封閉積分方法在計算三維裂紋問題時的有效性，建立了三維單邊直裂紋的緊湊拉伸試樣的有限元模型。為便于三維裂紋

3、應力強度因子與二維理論解析參考值比較，在該原始模型上加入平面應變邊界約束條件。采用此數(shù)值方法分別計算模型在平面拉伸和剪切加載條件下裂紋尖端的應力強度因子和能量釋放率，并將平面應變邊界約束條件下的應力強度因子值與二維解析參考值相比較，驗證了該數(shù)值方法在計算三維裂紋問題時的有效性和準確性。 在此基礎上，對帶有傾斜裂紋平面的三維緊湊拉伸試樣進行有限元分析，計算在施加不同角度載荷力時裂紋尖端的應力強度因子和應變能量釋放率。通過與三維單邊