含裂纹缺陷结构J积分计算方法研究.pdf

《含裂纹缺陷结构J积分计算方法研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、设、研究、分析l2015第-。期’’Des~n、Research&AnalysisI含裂纹缺陷结构J积分计算方法研究水黄裕龙，蒋玮，蒋险峰(大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024)摘要：裂纹参量J积分一直是断裂力学领域研究的热点，它是定量描述裂纹尖端区域应力应变场强度的重要断裂参量。J积分的获取有多种方法，归纳总结了几种常用的含裂纹缺陷结构的J积分计算方法并对其进行分析，最后列举一实例进行计算，分析了各类方法的特点，为断裂参量J积分的研究以及计算提供参考。关键词：断裂J积分EPRICOD有限元中图分

2、类号：0346．1文献标识码：A文章编号：1002—6886(2015)04—0033—05Researchofcrackeddefectstructure’sJ—integralcomputingmethodsHUANGYulong，JIANGWei，JIANGXianfengAbstract：CrackparameterJ—integralhasbeenahotissueoffracturemechanics．Itisanimportantfractureparameterwhichquantitati

3、velydescribesthestressandstrainfieldsnearcracktip．TherearevarietiesofmethodstoobtainJ—inte—gra1．ThispapersummarizesseveralmethodsofcalculatingtheJ—integralofcrackeddefectstructureandanalyzesthere-suh．Thepapercitesanexampleattheend，andanalyzesthecharacteris

4、ticsofvariousmethods，providesareferenceforthefuturestudyandcomputingofJ—integra1．Keywords：fracture；J—integral；EPRI；COD；finiteelementmethod0引言1J积分的计算方法J积分是研究裂纹问题的一个重要参量，用以设有一均质板，板上有一穿透裂纹，裂纹表面为表征裂纹尖端附近的应力应变关系，可用来研究裂自由表面，外力使裂纹周围产生二维的应力、应变纹性质并能判断裂纹是否失稳扩展，对预防和控

5、制场。定义J积分如下：断裂行为具有重要意义。自从1968年Rice⋯提出．，=L(y一·ouds)(1)J积分以来，它就成为了一个重要的断裂力学参数，一度成为国内外学者的研究重点。J积分代表作用式中，，为始于裂纹于裂纹尖端的一个广义力，也称为裂纹扩展力或能下表面任一点，止于量释放率。研究J积分的计算和测量方法，获取J裂纹上表面的围绕积分值，将有助于判断裂纹的扩展和含裂纹结构的裂纹尖端的闭合路可靠性。径，如图1；W为应变目前，对于J积分的计算一般有两大类：一类是能密度：图1J积分路径按照简化模型或者工程估算方

6、法进行计算，另一类Ifde(2)是通过有限元分析或者实验方法获取J积分值。本其中为厂路径上任一点的应力应变值；是积文将从这两类方法人手，对J积分的计算方法进行分路径厂边界上的应力矢量，是路径，上的位移研究，并在最后给出具体实例进行对比研究，比较各矢量，dy为y方向的增量，ds为对应于厂的积分曲线类计算方法的特点。增量。观弋职‘lMxhode捌rnq在线弹性断裂力学中，J积分与应力强度因子对于平面应力，=2；对于平面应变卢=6。有如下关系式：咖南(9)．，=(3)=，(10)式中，对于平面应力，弹性模量E=E

7、；对于平面应式中，￡为外载荷P与结构屈服载荷P。(即塑性极变E，：。1一限载荷)之比。对于平面应力，Po=1．0717／cor。；对于平面应1．1EPRI工程估算法变Po：1．455~cor0。为了达到在工程实际中不借助有限元即可完成叼=J积分计算的目的，美国通用电器(GE)和美国电力√[()+2()+2】一(2__qa+)研究院(EPRI)在其研究报告NP一1931《弹一塑性(11)断裂分析的工程方法》中提出了EPRI的J积分工C为试件的未开裂韧带。程估算法及其延性断裂手册“J。运用该方法，在对于塑性阶段

8、的J积分，可由下式计算而得：面对工程实际计算J积分的问题时，无需进行有限元分析就能将J积分计算出来，简化了J积分的计(，n)=。chi()(12)算，推动了J积分在工程实际中的应用J。EPRI的h为J积分全塑性解的函数，与材料、结构、载荷以J积分工程估算法的关键是将弹一塑性J积分分解及裂纹尺寸有关。通过有限元分析，可以得到h值，成弹性J积分与塑性J积分两部分相加』。编制成全塑性解系数h手册。当需要计算J一积分对于