結構表面裂紋應力強度因子計算方法研究.pdf

1、結構構件中的裂紋會降低結構系統(tǒng)的安全性，甚至導致整個系統(tǒng)的失效。因此，對存在裂紋的構件進行強度分析尤為重要。根據(jù)線彈性斷裂力學得到的應力強度因子是評估裂紋結構強度的一個重要參數(shù)，對于研究裂紋擴展和結構剩余強度來說，獲得裂紋應力強度因子是分析工作的基本條件之一。應力強度因子可以通過數(shù)值計算來得到，但這些數(shù)值方法在應用到大型實際結構中時會遇到一些困難，比如結構所承受的外載荷以及其它邊界條件有很大的不確定性，建立精確的裂紋結構有限元模型也將花

2、費大量的時間和精力等等。 本文研發(fā)一種應用PVDF壓電薄膜作為應變傳感器，同時實現(xiàn)結構表面裂紋形狀大小檢測和裂紋應力強度因子檢測兩種功能的新型工程結構檢測方法。 首先，從無限體埋藏裂紋表面法向位移間斷的解析解入手，通過有限元數(shù)值計算進行邊界效應處理，把解析解從無限體埋藏裂紋引申到有限體表面裂紋，推導了結構表面裂紋張開位移和深度之間的關系表達式，并通過三維有限元數(shù)值分析對表達式進行了驗證。 其次，以無限大彈性體埋藏

3、橢圓裂紋應力強度因子的解析解為理論基礎，通過數(shù)值分析的方法，建立平板表面裂紋深度和應力強度因子之間的定量關系。 最后，對本文的方法進行了實驗驗證。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量薄膜表面因裂紋張開位移產(chǎn)生的感應電壓，從而反推出裂紋張開位移量，并進一步根據(jù)已建立的關系表達式計算表面裂紋深度及深度方向的應力強度因子。本文制作了一個表面半橢圓片狀裂紋模型，通過實驗證明了本文提出的檢測方法具有可行性并且