基于有限元法对裂纹尖端应力强度因子的计算

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1、第31卷第3期2014年6月沈阳航空航天大学学报JournalofShenyangAerospaceUniversityV01．3lNo．3Jul．2014文章编号：2095—1248(2014)03—0019—05基于有限元法对裂纹尖端应力强度因子的计算杨巍1，张宁2，许良2·3(1．中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司制造工程部，沈阳110136；2．沈阳航空航天大学机电工程学院，沈阳110136；3．沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点实验室，沈阳110136)摘要：基于ANSYS有限元软件通过相互作用积分法建立了求解三维穿透裂纹应力强度因子的有限元模型，将有限元法和解析法求得

2、的应力强度因子进行比较验证了模型的准确性。研究了载荷、裂纹长度、试样宽度、厚度对裂纹尖端应力强度因子的影响，在对比结果的基础上分析了裂纹尖端应力强度因子的三维效应。结果表明：在不同条件下有限元模型都可以很好的模拟出应力强度因子的值，二维状态时应力强度因子的分布规律与三维状态时的分布规律有较大差异，出于安全的考虑不应忽略应力强度因子的三维效应，对三维应力强度因子的有限元求解有一定的指导意义。关键词：相互作用积分方法；三维穿透裂纹；应力强度因子；ANSYS中图分类号：0346．1文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．2095—1248．2014．03．004Calculation

3、ofstressintensityfactorsofcracktipsbasedonFEMYANGWeil，ZHANGNin92，XULian92'3(1．TheManufacturingEngineeringDepartment，AviationIndustryCorporationofChina，Shenyang110136，China；2．CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，ShenyangAerospaceUniversity，Shenyang110136，China；3．KeyLaboratoryofFundamentalSci

4、enceforNationalDefenseofAeronauticalDigitalManufacturingProcess，Shenyang110136，China)Abstract：BasedonANSYSSOftware，thecalculationmodelofstressintensityfactors(SIF)wasbuiltutili—zingtheinteractionintegralmethodtopredicttheSⅢfor3Dstraightthroughcracks．Thetheoreticalcalcula—tionresultsareusedtocompar

5、ewiththeresultscalculatedbyusingtheFEMmethod．Theresultsofthecom．parisontestifytheaccuracyofthemodel．Theinfluencesofload．cracklength，widthandthicknessoncrack—tipstressintensityfactorarestudied．Basedonthecomparison，the3Deffectsofthecracktipstressfactorsareanalyzed．Accordingtotheresults，thecalculatio

6、nmodelofSIFcansimulatethevalueofSIFaccuratelyindifferentsituations．Therearehugedifferencesbetweenthe2Dandthe3DonthedistributionofSIF．Themethodisconductiveforcalculatingcrack—tipstressintensityfactor．Keywords：interactionintegralmethod；3Dstraightthroughcrack；SIF；ANSYS断裂是工程构件最危险的一种失效方式，尤其是脆性断裂，它是突然发生

7、破坏，断裂前没有明显的征兆，这就常常引起灾难性的事故。大量断裂事故分析中发现，断裂皆与结构中存在缺陷或裂纹有关。由缺陷或裂纹所引起的机械、结构的断裂失效，是工程中最重要、最常见的失效模式⋯。传统强度理论是建立在假设材料无缺陷的基础上的，但工程实际中很多按传统强度理论设计的结构由于裂纹的产生和扩展，出现大量断裂失效。为保证含裂纹构件的安全性和可靠性，收稿日期：2014—04—11作者简介：杨巍(1982一)，男，辽宁沈阳人