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

1、結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的裂紋會降低結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全性，甚至導(dǎo)致整個系統(tǒng)的失效。因此，對存在裂紋的構(gòu)件進行強度分析尤為重要。根據(jù)線彈性斷裂力學(xué)得到的應(yīng)力強度因子是評估裂紋結(jié)構(gòu)強度的一個重要參數(shù)，對于研究裂紋擴展和結(jié)構(gòu)剩余強度來說，獲得裂紋應(yīng)力強度因子是分析工作的基本條件之一。應(yīng)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(yīng)用到大型實際結(jié)構(gòu)中時會遇到一些困難，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、費大量的時間和精力等等。 本文研發(fā)一種應(yīng)用PVDF壓電薄膜作為應(yīng)變傳感器，同時實現(xiàn)結(jié)構(gòu)表面裂紋形狀大小檢測和裂紋應(yīng)力強度因子檢測兩種功能的新型工程結(jié)構(gòu)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(yīng)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(dǎo)了結(jié)構(gòu)表面裂紋張開位移和深度之間的關(guān)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(yīng)力強度因子的解析解為理論基礎(chǔ)，通過數(shù)值分析的方法，建立平板表面裂紋深度和應(yīng)力強度因子之間的定量關(guān)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(yīng)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(guān)系表達式計算表面裂紋深度及深度方向的應(yīng)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