平板表面裂纹应力强度因子和应力分布规律的确定-论文.pdf

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1、第44卷第4期东南大学学报(自然科学版)Vo1．44NO．42014年7月JOURNALOFSOUTHEASTUNIVERSITY(NaturalScienceEdition)July2014doi：10．3969／j．issn．1001—0505．2014．04．009平板表面裂纹应力强度因子和应力分布规律的确定BuiManhTuan，陈云飞(东南大学机械工程学院，南京210081)(濉和工业学院机械工程学院，越南濉和56000)摘要：基于有限元法(FEN)和节点位移方法，研究了在中间裂纹与侧裂纹处裂纹尖端的应力强度因

2、子和应力场．使用8节点四边形等参元和1／4节点退化单元，对网格密度和裂纹长度对计算精度的影响进行了研究．改善裂纹尖端周围子区域的节点密度，在保证结果精度的同时，可以节省计算时间．为了计算和分析裂纹尖端的应力强度因子、应力场与位移场，利用Matlab／Simulink编写了关于平板I型和Ⅱ型应力强度因子的代码，并比较了有限元方法与精确方法的计算结果．结果表明，所提出的方法有助于提高计算精度与收敛速度，且算法合理，可以提高仿真精度并指导工程设计．关键词：裂纹；应力强度因子；节点位移法；网格细化中图分类号：TH122文献标志码

3、：A文章编号：1001—0505(2014)04-0728-07DeterminationofstressintensityfactorsandstressdistributionforsurfacecrackinplatesBuiManhTuan·ChenYunfei(SchoolofMechanicalEngineering，SoutheastUniversity，Nanjing21018，China)(FacultyofMechanicalEngineering，TuyhoaIndustrialCollege，Tu

4、yhoa56000，VietNam)Abstract：Thestressintensityfactor(SIF)andstressfieldsatthecracktipsofacentercrackandanedgecrackareinvestigatedbythefiniteelementmethod(FEM)andthenodaldisplacementmethod．Withtheuseofthe8nodeisoparametricquadrilateralelementandthequartersingularel

5、ement，theinfluenceofmeshingdensityandcracklengthonthecalculationaccuracyisstudied．Thenodalden—sityinsub—regionaroundthecracktipsisimproved，whichcanensurethecalculationaccuracyandsavecomputingtime．Thecodeforcalculatingandanalyzingstressintensityfactor，stressfields

6、anddisplacementfieldsatthecracktipsformodeIandmodeⅡSIFsofplateiSwritteninMatlab／Sim—ulink．TheresultsoftheFEM—codearecomparedwiththoseoftheexactmethods．Theresultsshowthatthisproposedmethodcanimprovethecalculationaccuracyandtheconvergingspeed．Thealgo—rithmisreasona

7、bleandtheresultscanbeusedtoimprovetheprecisionofsimulationresultsandguideengineeringdesign．Keywords：crack；stressintensityfactor；nodaldisplacementmethod；meshrefinement在进行断裂安全分析时，应力强度因子(stresssiontechniques)、修改裂纹闭合积分技术(modi—intensityfactor，SIF)K是判断裂纹体在载荷作用下fledcrac

8、kclosureintegraltechniques)、J-集成技是否产生破坏的主要参数．目前，确定应力强度因术(J-integrationtechniques)、节点位移技术子的方法较多，典型的有解析法、有限元法等．由于有限元法计算结果相对精确，因此对于结(FEM)、虚拟裂纹扩展技术⋯(virtualcrackex