三維復(fù)合型裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子有限元分析.pdf

1、應(yīng)力強(qiáng)度因子K是裂紋尖端附近應(yīng)力應(yīng)變場強(qiáng)度的表征，可作為判斷裂紋是否進(jìn)入失穩(wěn)狀態(tài)的一個指標(biāo)，因此，獲得裂紋體的應(yīng)力強(qiáng)度因子是線彈性斷裂力學(xué)研究中一項重要工作。 本文詳細(xì)介紹了四種二維裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)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(yīng)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(yīng)力強(qiáng)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(yīng)用于二維復(fù)合型裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的計算和分析，把計算結(jié)果與二維解析參考值相比較，驗證其計算二維復(fù)合裂紋問題的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)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(jìn)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(yīng)力強(qiáng)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(yīng)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(yīng)力強(qiáng)度因子和能量釋放率，并將平面應(yīng)變邊界約束條件下的應(yīng)力強(qiáng)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(zhǔn)確性。 在此基礎(chǔ)上，對帶有傾斜裂紋平面的三維緊湊拉伸試樣進(jìn)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(yīng)力強(qiáng)度因子和應(yīng)變能量釋放率。通過與三維單邊