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棱角缺陷裂纹问题研究

齐永华  
【摘要】: 由于传统的观念和经验,人们对缺陷有很强的排斥感,认为如果结构中存在缺陷就会带来不好的影响,但是由于所有的构件和材料在制造或生产的同时都会产生缺陷(裂纹、空洞、夹杂等)。单一的某种缺陷的存在都会降低结构的性能,但是经本文研究如果有两种或两种以上的缺陷共同作用于同一线弹性体,会对结构起到保护作用。本文所研究的模型为三维角裂纹和棱角缺陷共同作用一线弹性体,比起研究单一缺陷的影响更有实际的意义。 由于从理论方面研究断裂问题只能研究一些简单的模型或者做一些很强的假设条件,这样一来就限制了断裂力学的发展和实际应用,而通过试验的方法探求其规律成本高、周期长。所以一般对于三维表面断裂力学的分析都是借助于有限元软件来得到一些数值解,从中得出规律。 值得注意的是到目前为止的文献中,还没有对含棱角缺陷的三维角裂纹体中有关平行于裂纹边界尺寸对裂纹前沿应力强度因子的影响进行报道。通过对现有文献的查阅发现在二维角裂纹体问题中,当该边界尺寸与裂纹尺寸相比小于某个值时,其尺寸的大小对应力强度因子的影响不容忽视。 本文所要研究的问题为含棱角缺陷的三维角裂纹问题。比仅含单一表面裂纹问题更加复杂。主要采用有限元法对Ⅰ型三维角裂纹体的应力强度因子进行数值分析。主要对含棱角缺陷角裂纹的无限大裂纹体进行研究。研究发现,棱角缺陷对裂纹体尖端的应力强度因子影响很大。棱角缺陷对裂纹体尖端的应力强度因子影响是积极的,此缺陷能对裂纹体起到保护作用,使结构更加安全。还着重研究了在有限大体中,平行于裂纹边界尺寸对裂纹前沿应力强度因子的影响,及棱角缺陷的半径对裂纹体应力强度因子的影响。结果表明,棱角缺陷的影响基本上同无限大时相同;平行于裂纹边界的影响也是很大,随着其尺寸的减小影响逐渐增大,本文定性的绘出了其变化速度的曲线。


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