含波形孔有限宽板的应力集中系数分析.pdf

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1、苏碧欣等：含波形孔有限宽板的应力集中系数分析37圃含波形孑L有限宽板的应力集I)OI中：10．1系3905数／j．cnk分i．awj析z．2016．04．015苏碧欣，庄礼灿，林明皓，廖亦源，彭雅芳，罗冬梅(佛山科学技术学院土木工程系。广东佛山528000)【摘要】文中利用ANSYS有限元软件建立含波形孔有限宽板的应力分析模型，计算不同材料的有限板在未填充、填充物为高弹性模量材料和填充物为各向异性材料3种情况下波形孔尖端的应力集中系数；结果表明横向载荷作用的应力集中系数明显比纵向载荷情况缓和很多，且应力集中系数主要由波长／振幅之比控制，随着波曲线振幅的增大而增大，填充物和有限板的材料性

2、质对应力集中系数均有显著的影响。【关键词】填充物；波形孔；波长／振幅之比；应力集中系数；各向异性【中图分类号】TU311．41【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2016)04—0037—030引言根据孔边应力的分布规律，将应力集中系数转化为弹构件由于几何不规则导致的局部应力急剧增大性常数的函数，推导出不同弹性常数复合板应力集中的现象称为应力集中，是构件失效破坏的主要原因，系数的表达式，获得了复合材料的应力集中系数随不工程中常用不规则处的峰值应力与无应力集中时的同弹性常数比值变化的结果。杨林虎等用有限元名义应力之比来反映这种变化，称为理论应力集中系法计算了空心和软性填充椭圆

3、孔的顶端应力集中因数，具有重要的研究意义。含圆形孔的弹性板在面内子。结果表明：与中空条件相比，软质材料能显著载荷作用下的应力集中问题的研究成果比较多，也比降低椭圆孔尖端的应力集中系数，减小椭圆形孑L洞对较成熟，受单向均匀拉伸的无限大薄板中的圆孔，周区应力场影响的范围。工程实际中经常会遇到有应力集中系数大约等于3。近年来椭圆孔引起的应力限板上开有不同形状的孑L，但目前对其它形状孔的应集中引起广泛关注，Guo等研究了横向同性的压电材力集中分析还未发现。料椭圆孔孔边应力集中问题；Dumir分析了面内荷载文中通过ANSYS软件平台建立含有波形孑L的有作用下矩形板尺寸对椭圆孔孑L边应力集中的影响

4、。限宽板模型，利用有限元法分析计算孔洞尺寸及填充由于复合材料的广泛应用，正交各向异性板的应力集材料性质对不同材料的有限板的应力集中系数的影中也备受关注。姚卫星等采用有限元方法对含不响，结果表明：波形孔的应力集中系数受波形孔的振同形状椭圆孔的正交各向异性有限宽板做了应力分幅(高度)和波长、有限板尺寸及加载方式等因素的影析，给出了估算应力集中系数和孔附近应力分布的表响，具有高弹性模量的填充材料能有效降低应力集中达式。向宇利用有限元软件ANSYS对拉伸正交各系数，改善应力分布特征，为解决工程实际问题提供向异性中心椭圆孑L板进行分析，得到了不同种类正交理论依据。各向异性材料的应力集中系数。D．

5、Mishra在压电1应力集中系数的计算弹性理论基础上，导出了含椭圆孔正交各向异性压电含波形孑L有限宽板的二维模型如图1所示，使用材料在远场受任意方位的载荷作用时应力集中系数ANSYS中的8节点的Plane183单元进行计算，波形孔的近似解。为了减少局部破坏损失，一些研究尝试及填充物的有限宽板的有限元模型如图2和图3采用填充料填补板中的孑L洞。利用弹性理论，马芳等所示。■图1正弦波形孔洞模型图2波形孔板有限元模型图3波形填充板有限元模型[基金项目]国家自然科学基金(10772047，l1172066)；广东省自然科学基金($2011010004874)资助项目38低温建筑技术2016年第

6、4期(总第214期)使用笛卡尔坐标系，假设波形孔在矩形板正中央2填充物特性对应力集中系数的影响分布，板宽为h，a／b定义为波长与振幅之比。设有限板的弹性模量为常数3．8GPa，泊松比为材料在弹性范围内最大局部应力与名义应力的0．3，本节主要讨论波形孔及在孔中填充两种不同材料比值定义为理论应力集中系数，如公式(1)所示：情况下应力集中系数的变化规律。一种填充物为具K：—O'm有较高弹性模量的硬填充，弹性模量为E：700GPa，泊—．x(1)0松比为v=0．23，另一种填充物为弹性模量小一些，但式(1)考虑的是无限板情况，没有考虑有限板的是为各向异性的填充材料，其刚度矩阵为：C=尺寸影响，

7、利用姚的应力集中系数修正公式457．16，CI2=8．4，C22=14．3，C23：5．5，C44=27．0，，一±：(垒2：±(!=垒2：，，、一3(1一口／h)、Cl3=8．4，C33=14．3，C55=4．4，C66=27．0，单位GPa。有限板的应力集中系数为：：群×(3)2．72-5舔惹2．3哥导2．11．9倒倒1．7lI5波长与振幅之比(a／b)波长与振幅之比(a／b)图4纵向载荷作用下的应力集中系数图5横向载荷作用下的应力集中系数