kk管节点中表面带裂纹应力强度因子的数值分析及参数研究

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1、规械i{}度2008，30(2)：259—265KK管节点中表面带裂纹应力强度因子的数值分析及参数研究NUMERICALANALYSISANDPARAMETCST【加IYOlFSTRESSDTENSITYFACTORSOFASURFACECRACKINTUBULARKK．JoINTS杜之富邵永波一胡维东(烟台大学土木工程学院，烟台264005)DUZhiFuSHAOYongBoHUWeiDong(SchoolofCivilEngineering，YantaiUniversity，Yantai264005，China)摘要

2、提出一种适用于包含表面裂纹的KK节点的有限元网格分区产生方法。这种方法是根据计算精度的需要，把整个KK节点结构划分为几个不同的子区域，其中每个子区域由不同类型的单元和网格密度组成。对KK节点中表面裂纹的模拟采用五种单元，即六面体单元、棱柱单元、四分之一结点的棱柱单元、四面体单元和棱锥单元。采用五种不同类型的单元模拟表面裂纹，可以有效避免裂纹附近单元的过度扭曲，保证计算精度。在提出的有限元模型基础上，采用积分和位移外推插值两种方法计算KK节点中表面裂纹边缘的应力强度因子值。计算结果发现，两种方法得到的结果非常吻合，从而证明

3、这两种方法在计算KK节点中表面裂纹应力强度因子的可行性。最后，通过对70个KK节点模型的分析计算，研究节点的几何参数以及裂纹形状对应力强度因子的影响。关键词KK管节点表面裂纹应力强度因子积分位移外推插值中图分类号TG407TBI15TU3980346．23AbstractAsub-zonemethodforproducingthefiniteelementmeshoftubularKK-jointscontainingasurfacecrackispresentedinthisstudy．Inthismethod．the

4、entireKK-jointstructureisdividedintoseveralsub-zonesaccordingto山erequirementofcomputationac—curacy．Indiferentzones，theelementtypeandthemeshdensityarediferent．Fivetypesofelements，i．e．hexahedraelement，prismelement，quarter-pointcollapsedprismelement，tetrahedraleleme

5、ntandpyramidelement，areusedinmodelingthesurfacecrackinatubularKK-joint．UsingthismeshgenerationmethodCanavoidbadlydistortedelementsaroundthesurfacecrack，thusthecomputationaccuracyCanbeguaranteed．Basedonthepropo~finiteelementmodels，thestressintensityfactors(SIF)alo

6、ngthecrackfrontinatypicaltubularKK-jointhavebeenanalyzedusingboth一integralmethodanddisplacementextrapolationmethod．Itisfoundfromthatthetwosetsofresultsagrereasonablywel1．Therefore，ittelsthatbothofthetwomethodsaresuitableintheanalysisofthestressin—tensityfactorofa

7、surfacecrackintubularKK—joints．Finally，throughparametricstudyon70KK-jointmodels，theefectsofthejointgeometryandthecrackshapeonthestresintensityfactorresultshavebeeninvestigated．KeywordsTubularKK-joints；Surfacecrack；Stressintensityfactors；J—integralmethod；Displacem

8、entextrapolationmethodCorrespondentauthor：SHAOYongBo．E-mail：cybshao@ytu．edu．ca．Fax：+86—535—6902606qheprojectsupportedbytheEducationDepartmentFoundationofShando