斜置半椭圆表面裂纹应力强度因子分析.pdf

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1、2011年第4O卷石油矿场机械第2期第16页OILFIELDEQUIPMENT文章编号：1001-3482(2011)01-0016-04斜置半椭圆表面裂纹应力强度因子分析李莉，李晓红(西安石油大学机械工程学院，西安710065)摘要：通过大型有限元软件ANSYS，采用实体建模法建立了半椭圆表面裂纹的有限元模型，并分析了具有偏心距的斜置半椭圆状表面裂纹应力强度因子的变化曲线，以及偏心距e、斜置角度a、椭圆角对应力强度因子的影响，丰富了半椭圆表面裂纹的研究内容，可为工程实际应用提供参考。关键词：斜置；应力强度因子；半椭圆表面裂纹中图分类号：TE9文献标识码：AAnalysisofStressI

2、ntensityFactorforInclinedSemi—ellipticalSurfaceCrackLILi，LIXiao—hong(CollegeofMechanicalEngineering，X’anShiyouUniversity，Xi’an710065，China)Abstract：Thispaperusesthesolidmodelingmethodtocreatesemi—ellipticalsurfacecrackwiththelargescaleengineeringsoftwareANSYSandanalyzethevariableofthestressintensit

3、yfactorforinclinedsemi—ellipticalsurfacecrackwitheccentricity，thenanalysestheinfluenceabouttheec—centricitye，inclinedanglea，andellipticalangle0onthestressintensityfactor．Thiswillenrichthecontentaboutthesemi—ellipticalsurfacecrack，andprovidereferencefortheengineeringprac—ticalapplication．Keywords：in

4、clined；stressintensityfactor；semi—ellipticalsurfacecrack材料或构件的失效几乎都源于裂纹，在很多情裂纹问题的模拟与计算是非常具有挑战性的力况下造成了严重的损失口]，因此，裂纹是构件最危险学工作之一。本文运用有限元软件ANSYS对具有的一种失效形式。应力强度因子是判断含裂纹构件偏心距的斜置半椭圆表面裂纹进行分析计算，分析的断裂或计算断裂速率的重要参量，目前，计算应力不同的斜置角度、偏心距以及椭圆角下应力强度因强度因子的方法主要有：有限单元法，解析法，边界配子的变化趋势，得到许多具有实际意义的结论，同时置法，权函数法等口]。其中，有限单元法是

5、比较精确从结果可以看出，ANSYS具有很强的断裂参量计的求解方法，在断裂方面有着重要的应用。高小勤等算能力。计算分析了斜置贯穿半椭圆裂纹应力强度因子_3；杨1应力强度因子计算方法慧等计算了中心穿透斜裂纹应力强度因子ll4；同时，在已经出版的应力强度因子手册中也收录了部分斜应用ANSYS计算应力强度因子主要采用了位裂纹应力强度因子参数表。张敦福运用无网格法对移法。首先，运用有限元法求解裂纹尖端附近节点斜置45。半圆型表面裂纹_5]的扩展进行了数值模拟，的位移，代入裂纹尖端位移渐进表达式，计算出节点但是对于具有偏心距的斜置半椭圆表面裂纹应力强处应力强度因子，再运用插值法外推到裂纹尖端，从度因子的

6、计算和分析目前并未进行深人研究。而求得裂纹尖端应力强度因子。收稿日期：2010—08—25作者简介：李莉(1982)，女，河南邓州人，硕士研究生，研究方向为压力容器及管道安全技术，E—mail：lm一420@163corn。第4O卷第2期李莉，等：斜置半椭圆表面裂纹应力强度因子分析对于三维裂纹模型，裂纹尖端附近在如图1所示的局部坐标系(局部直角坐标系由坐标分量X、Y和Z构成，XY面为裂纹前缘任一点的法平面，YZa表面裂纹模型平面切平面。局部柱坐标系的坐标分量由r、、Z组成，r、所构成的平面为裂纹前缘任一点的法平面)位移场可表示为“一√E(2k-1，c。s~2--COS]+√[2尼+sn等+s

7、in71+。crc一√[2尼+n售一sin71+b整体模型图2计算模型√E(3-2kc。s~2--COS]+。cr，cz文中采用实体建模方法，分别创建裂纹部分和不含裂纹体部分。为了满足裂纹前缘奇异性的要训=√sin争+。(r)(3)求，运用ANSYS自带的前处理命令生成奇异的二式中，、、叫为对应于局部坐标系的位移；r、为局维单元_6]，即裂纹尖端附近位移随√r而变化，r为裂部柱坐标的坐标值；G为剪切模量；对于