含缺陷彈性體表面裂紋應力強度因子的數(shù)值計算畢業(yè)論文.doc
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含缺陷彈性體表面裂紋應力強度因子的數(shù)值計算畢業(yè)論文,摘要工程結構中常存在表面裂紋或缺陷，例如飛機上的航炮經多次發(fā)射，在內膛將產生表面裂紋。由于表面裂紋是三維問題，給問題的解決帶來了很大的困難。有限元方法為求解三維問題帶來了方便，應力強度因子由裂紋面上的張開位移推算、位移則利用有限元分析程序ansys算得，將該程序中兩種三維單元適當搭配 可大大減少所用的自由度。無限大裂紋...
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摘 要
工程結構中常存在表面裂紋或缺陷，例如飛機上的航炮經多次發(fā)射，在內膛將產生表面裂紋。由于表面裂紋是三維問題，給問題的解決帶來了很大的困難。有限元方法為求解三維問題帶來了方便，應力強度因子由裂紋面上的張開位移推算、位移則利用有限元分析程序ANSYS算得，將該程序中兩種三維單元適當搭配 可大大減少所用的自由度。
無限大裂紋體中，裂紋前沿最大的應力強度因子是R/r的函數(shù)，r為半球形表面缺陷的半徑。且半球形表面缺陷并不總是使應力強度因子變大；有限大裂紋體中裂紋前沿最大的應力強度因子在R/r特定的情況下隨這r/t的增大而增大，在r/t特定的情況下隨著R/r的增大而增大；不管裂紋體為無限大或有限大，半球形表面缺陷影響下表面裂紋前沿的應力強度因子均隨著裂尖與前自由表面間距離的增大而減小。
關鍵詞 有限元 表面缺陷 應力強度因子 半球形表面裂紋
Abstract
This paper studies the finite element method for calculating the stress intensity factors of a semi-elliptical surface crack, the suitable locations and the optimum size of the singular isoparametric elements are presented . To verify the conclusion of this pare the -stress-intensity factors of a semi-spherical surface crack in a tension specimen and a cylinder are calculated.The values were calculated from the opening displacements on the face of the cracks. .The general finite element program ANSYS is used for analyzing the displacements. Proper assignment of the two kinds of 3-D three-dimensional elements in this program will significantly reduce the number of digree of freedom.
The maximum stress intensity factor is a function of R/r (r is the radius of the surface semi-spherical cavity) for the infinite cracked body. And the surface semi-spherical cavity doesn’t always amplify the stress intensity factors(SIFS) when it is compared to the stress intensity factors for the corresponding infinite cracked body without the surface semi-spherical cavity. The maximum stress intensity factors(SIFS) doesn’t always increase with the ratio of R/t. And the stress intensity factor(SIFS), at this point will decrease with the increase of R/t., the stress intensity factors(SIFS) in the crack front decreases with the increase of the distance from the upper free surface regardless of the cracked body type(infinite or finite) .
Key words finite element method，surface flaw，stress intensity factor ，semi-spherical surface crac
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 緒 論 1
1.1 課題背景和意義 1
1.2 國內外研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 半橢圓表面裂紋的研究現(xiàn)狀 2
1.2.2 圓柱體表面裂紋的研究與發(fā)展 6
1.3 本文的主要研究內容 7
第2章 線彈性斷裂力學與有限元法 8
2.1 線彈性斷裂力學概述 8
2.1.1 裂紋及其分類 9
2.1.2 應力強度因子 14
2.1.3 三維裂紋問題及應力強度因子的求解 17
2.2 有限元法及ANSYS優(yōu)化程序簡介 18
2.3 本章小結 21
第3章 彈性體表面裂紋的數(shù)值分析 22
3.1 計算模型 22
3.1.1 裂紋幾何形狀的基本假設 22
3.1.2 應力強度因子的計算方法 22
3.2 幾何模型的選取 24
3.3 利用ANSYS建立有限元模型 25
3.4 數(shù)據(jù)處理分析及對比 26
3.4.1 數(shù)據(jù)分析 26
3.4.2 結果對比 28
3.5 本章小結 29
第4章 含半球形缺陷彈性體表面裂紋的三維模擬及數(shù)值分析 30
4.1 無限大體中含半球形缺陷表面裂紋問題 30
4.1.1 幾何模型的選取 30
4.1.2 有限元模型的建立 32
4.1.3 數(shù)值分析及對比 35
4.1.4 應力強度因子的影響 36
4.2 有限大體中含半球形缺陷表面裂紋問題 39
4.2.1 模型選取及數(shù)值的對比 39
4.3 表面缺陷對應力強度因子的影響 42
4.4 裂紋體厚度對應力強度因子的影響 46
4.5 本章小結 47
結 論 48
致 謝 49
參 考 文 獻 50
附錄 1 52
附錄 2 60
工程結構中常存在表面裂紋或缺陷，例如飛機上的航炮經多次發(fā)射，在內膛將產生表面裂紋。由于表面裂紋是三維問題，給問題的解決帶來了很大的困難。有限元方法為求解三維問題帶來了方便，應力強度因子由裂紋面上的張開位移推算、位移則利用有限元分析程序ANSYS算得，將該程序中兩種三維單元適當搭配 可大大減少所用的自由度。
無限大裂紋體中，裂紋前沿最大的應力強度因子是R/r的函數(shù)，r為半球形表面缺陷的半徑。且半球形表面缺陷并不總是使應力強度因子變大；有限大裂紋體中裂紋前沿最大的應力強度因子在R/r特定的情況下隨這r/t的增大而增大，在r/t特定的情況下隨著R/r的增大而增大；不管裂紋體為無限大或有限大，半球形表面缺陷影響下表面裂紋前沿的應力強度因子均隨著裂尖與前自由表面間距離的增大而減小。
關鍵詞 有限元 表面缺陷 應力強度因子 半球形表面裂紋
Abstract
This paper studies the finite element method for calculating the stress intensity factors of a semi-elliptical surface crack, the suitable locations and the optimum size of the singular isoparametric elements are presented . To verify the conclusion of this pare the -stress-intensity factors of a semi-spherical surface crack in a tension specimen and a cylinder are calculated.The values were calculated from the opening displacements on the face of the cracks. .The general finite element program ANSYS is used for analyzing the displacements. Proper assignment of the two kinds of 3-D three-dimensional elements in this program will significantly reduce the number of digree of freedom.
The maximum stress intensity factor is a function of R/r (r is the radius of the surface semi-spherical cavity) for the infinite cracked body. And the surface semi-spherical cavity doesn’t always amplify the stress intensity factors(SIFS) when it is compared to the stress intensity factors for the corresponding infinite cracked body without the surface semi-spherical cavity. The maximum stress intensity factors(SIFS) doesn’t always increase with the ratio of R/t. And the stress intensity factor(SIFS), at this point will decrease with the increase of R/t., the stress intensity factors(SIFS) in the crack front decreases with the increase of the distance from the upper free surface regardless of the cracked body type(infinite or finite) .
Key words finite element method，surface flaw，stress intensity factor ，semi-spherical surface crac
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 緒 論 1
1.1 課題背景和意義 1
1.2 國內外研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 半橢圓表面裂紋的研究現(xiàn)狀 2
1.2.2 圓柱體表面裂紋的研究與發(fā)展 6
1.3 本文的主要研究內容 7
第2章 線彈性斷裂力學與有限元法 8
2.1 線彈性斷裂力學概述 8
2.1.1 裂紋及其分類 9
2.1.2 應力強度因子 14
2.1.3 三維裂紋問題及應力強度因子的求解 17
2.2 有限元法及ANSYS優(yōu)化程序簡介 18
2.3 本章小結 21
第3章 彈性體表面裂紋的數(shù)值分析 22
3.1 計算模型 22
3.1.1 裂紋幾何形狀的基本假設 22
3.1.2 應力強度因子的計算方法 22
3.2 幾何模型的選取 24
3.3 利用ANSYS建立有限元模型 25
3.4 數(shù)據(jù)處理分析及對比 26
3.4.1 數(shù)據(jù)分析 26
3.4.2 結果對比 28
3.5 本章小結 29
第4章 含半球形缺陷彈性體表面裂紋的三維模擬及數(shù)值分析 30
4.1 無限大體中含半球形缺陷表面裂紋問題 30
4.1.1 幾何模型的選取 30
4.1.2 有限元模型的建立 32
4.1.3 數(shù)值分析及對比 35
4.1.4 應力強度因子的影響 36
4.2 有限大體中含半球形缺陷表面裂紋問題 39
4.2.1 模型選取及數(shù)值的對比 39
4.3 表面缺陷對應力強度因子的影響 42
4.4 裂紋體厚度對應力強度因子的影響 46
4.5 本章小結 47
結 論 48
致 謝 49
參 考 文 獻 50
附錄 1 52
附錄 2 60
