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《哈尔滨工业大学》 2009年
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工程中含接触问题的孔边裂纹应力强度因子数值研究

王立清  
【摘要】:带孔的零部件,如螺栓连接件等,在工程结构中有着广泛地应用。由于应力集中、零件之间接触作用,在孔边常常出现裂纹。应力强度因子是计算裂纹扩展率、剩余强度和疲劳寿命的重要参数。因此,为了确保安全,充分地利用材料,准确确定这种含裂结构的应力强度因子具有很大的实际意义。含接触的孔边裂纹问题可分为两种情况:(1)裂纹面接触问题,例如动载荷作用下的孔边裂纹问题。(2)含裂纹的部件与其它部件接触问题,如含裂螺栓连接件。考虑接触作用的孔边裂纹问题是十分复杂的。一般来说,很难获得分析解。为此,本文采用有限元法研究了四种孔边裂纹问题的应力强度因子:第一个问题是在远场拉伸载荷作用下机械连接件中螺栓孔四分之一椭圆角裂纹应力强度因子数值研究。第二个问题是在平行于裂纹的冲击压缩载荷作用下裂纹面接触对有限板中心孔单边水平裂纹动态应力强度因子的影响。第三个问题是在冲击压缩载荷作用下有限板中圆孔单边斜裂纹动态应力强度因子数值研究。第四个问题是在离心载荷作用下汽轮机叶轮T型叶根槽表面裂纹应力强度因子数值研究。 上述问题的分析模型采用通用有限元软件ANSYS产生,裂纹尖端的平方根应力奇异性通过四分之一节点奇异单元来模拟。从经典的线弹性断裂理论出发,利用位移外插方法,给出了二维裂纹和椭圆型裂纹问题应力强度因子计算公式,这些公式为确定上述问题的应力强度因子提供了方便。 在第一个问题的研究中,考虑了螺栓孔与螺栓(销)的接触作用,研究了孔与销之间的间隙对接触压力和应力强度因子的影响。发现接触压力和接触区域随着间隙的变化而改变。在有间隙的情况下,通过在孔边施加均匀或余弦分布载荷代替孔销之间的接触作用是不恰当的。应力强度因子的数值结果表明:随着孔与螺栓之间间隙的增加,螺栓孔角裂纹沿裂纹前缘各点的I型应力强度因子也增加。这些结果表明间隙量对I型应力强度因子有很大的影响,在对这种含裂纹机械连接件进行裂纹扩展、剩余强度和疲劳寿命评估时需要恰当考虑间隙。同时也发现,螺栓孔角裂纹的I型应力强度因子在最深点达到最大值。在第二问题的研究中,考虑了裂纹面的接触作用,研究了裂纹面接触对动态应力强度因子的影响,计算了在裂纹面有无接触情况下的动态应力强度因子。数值结果表明:考虑裂纹面的接触作用,可以消除负I型和裂纹面相互穿透或重叠现象;裂纹面接触作用对I型动态应力强度因子有很大的影响。因此,在动载荷作用下,准确的裂纹分析应包括裂纹面的接触作用,否则计算的I型动态应力强度因子与真实值有很大的差别。第三个问题讨论了裂纹面摩擦对动态应力强度因子的影响。数值结果表明:随着摩擦系数的增加,裂纹面切向相对位移减小,相应的II型动态应力强度因子也减小;裂纹面接触摩擦对II型动态应力强度因子有很大的影响。如果忽略裂纹面摩擦,II型动态应力强度因子会被高估。此外,还可以看到,摩擦对裂纹面上法向相对位移、裂纹面上的接触压力及I型动态应力强度因子影响不大。在第四个问题的研究中,使用了周期对称有限元模型,考虑了叶根与叶根槽的接触作用。数值结果表明:汽轮机叶轮T型叶根槽半椭圆表面裂纹的I型、II型和III型应力强度因子都在表面点达到最大值;即使只施加离心载荷,汽轮机叶轮T型叶根槽表面裂纹也不能被认为是纯I型裂纹。此外,还研究了沿T型叶根角裂纹前缘各点的I型应力强度因子,主要结果是I型应力强度因子在角裂纹的最深点达到最大值。这些结果对这种含裂叶片和叶轮的强度评估和剩余寿命的预测具有很大的实用价值。 总之,在工程结构中有很多问题牵涉到裂纹和接触,本文的研究可以作为解决工程实际中这类问题的参考。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O346.1

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【引证文献】
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1 高嫄嫄;含裂纹路面结构的理论分析[D];大连理工大学;2013年
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1 黄建初;公轨两用斜拉桥耳板式索梁锚固结构静力性能研究[D];长安大学;2013年
【参考文献】
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1 马静娴,尚婕,范天佑;某些瞬态载荷下的动态应力强度因子的计算[J];北京工业学院学报;1988年04期
2 王晓东,邹振祝,王铎;界面裂纹尖端的动态奇异特性[J];固体力学学报;1992年03期
3 闫相桥;双轴载荷作用下源于椭圆孔的分支裂纹的一种边界元分析[J];固体力学学报;2004年04期
4 盖秉政,刘耀东;单侧裂纹梁的冲击实验[J];哈尔滨工业大学学报;2005年04期
5 闫相桥;;双向载荷作用下无限大板中源于正方形孔的分支裂纹的应力强度因子[J];哈尔滨工业大学学报;2006年08期
6 闫相桥;;无限大板椭圆孔的分支裂纹的边界元分析[J];哈尔滨工业大学学报;2007年07期
7 闫相桥;;A numerical analysis of stress intensity factors for cracks emanating from an elliptical hole in a rectangular plate under biaxial loads[J];Journal of Harbin Institute of Technology;2006年06期
8 陆山,黄其青;涡轮盘销钉孔损伤容限分析新方法及其应用[J];航空动力学报;2002年01期
9 吴学仁,黄新跃;受任意钉载圆孔边径向裂纹分析[J];航空学报;1988年09期
10 吴学仁;冷挤压孔边残余应力场中裂纹的应力强度因子[J];航空学报;1989年09期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈泽宇;吕文阁;杜健辉;;裂纹顶端塑性区内方向应变能的裂纹扩展准则[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2005年04期
2 李彬彬;王社良;苏三庆;;多种因素耦合作用下的大体积混凝土温度应力仿真分析[J];安徽建筑;2009年04期
3 周小平,张永兴,哈秋聆;裂隙岩体加载和卸荷条件下应力强度因子[J];地下空间;2003年03期
4 蒋鑫;邱延峻;凌建明;;强度折减法软件在评价边坡稳定性上之比较[J];地下空间与工程学报;2008年02期
5 晏启祥;杨拯;何川;;有压圆形隧洞围岩径向裂纹应力强度因子研究[J];地下空间与工程学报;2012年02期
6 李昌;韩兴;;基于显式动力学的齿轮箱动态有限元数字仿真[J];兵工学报;2009年07期
7 徐思朋;王炜;;各向异性压电弹性力学问题的通解[J];北京大学学报(自然科学版);2006年03期
8 秦飞;张阳;刘亚男;;平面裂纹变形扰动磁场的解析解[J];北京工业大学学报;2008年12期
9 张强;何立东;张明;;喷射或抽取气流抑制叶顶密封气流激振的实验研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2009年01期
10 魏雪霞,董健;含轴对称抛物线曲裂纹平面弹性问题的解析解[J];北京理工大学学报;2004年05期
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1 王健;吴军基;陶钢;;高速火箭橇动力学方程的建立[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
2 刘建军;刘先贵;;油气储层裂缝扩展的动力学模型[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷[C];2001年
3 于红军;吴林志;果立成;;基于非均匀单元有限元法的功能梯度材料三维断裂行为数值分析[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(下)[C];2006年
4 孙士勇;陈浩然;;夹芯复合材料粘弹性界面裂纹的动态断裂分析[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(下册)[C];2008年
5 李青;马兴瑞;王天舒;;刚-弹-液耦合动力学系统模态缩减研究进展及应用[A];动力学与控制及航天应用[C];2008年
6 郭瑞平;刘曙云;;热力耦合作用下含表面裂纹圆柱壳体毁伤分析[A];第七届全国工程结构安全防护学术会议论文集[C];2009年
7 ;Thermal fracture of a functionally graded plate with parallel surface cracks[A];损伤、断裂与微纳米力学进展:损伤、断裂与微纳米力学研讨会论文集[C];2009年
8 黄均平;杨川;肖远见;;基于无网格RPIM和FEM的单边裂纹梁分析[A];重庆力学学会2009年学术年会论文集[C];2009年
9 樊鸿;柯勇;唐堂;;对大跨径斜拉桥拉索破损断裂性能的研究[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(3)[C];2009年
10 刘红岩;秦四清;李厚恩;马平;孙强;;岩石冲击破坏的数值流形方法模拟(英文)[A];中国科学院地质与地球物理研究所2007学术论文汇编(第七卷)[C];2008年
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1 张忠;固体炸药冲击起爆的物质点法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 折勇;直角域中圆形夹杂与裂纹反平面动力的相互作用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 陈奇;基于分形理论的汽车变速箱齿轮接触强度研究[D];合肥工业大学;2010年
4 宁志华;焦炭塔鼓胀变形与开裂几个问题的研究[D];暨南大学;2010年
5 乔华;Arlequin构架下结构多尺度数值模拟[D];浙江大学;2011年
6 吴寒亮;芳纶纤维布约束混凝土短柱的尺寸效应研究与多尺度分析[D];北京交通大学;2010年
7 姚廷强;球轴承多体接触动力学研究[D];昆明理工大学;2009年
8 张俊清;高速列车空心车轴表面裂纹应力强度因子研究[D];北京交通大学;2011年
9 陈景杰;含裂纹损伤船体结构强度分析方法研究[D];大连理工大学;2011年
10 刘钦;炭质页岩隧道软弱破碎围岩大变形机理与控制对策及其应用研究[D];山东大学;2011年
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1 陈建伟;松软煤层回采工作面前方煤体应力分布及位移变化特征[D];河南理工大学;2010年
2 吕海波;岩石三维内部裂隙扩展过程的数值模拟研究[D];山东科技大学;2010年
3 李全;驱动滚筒仿生表面增摩技术研究[D];山东科技大学;2010年
4 王权;起重机减速器变位斜齿轮副有限元仿真分析与研究[D];山东科技大学;2010年
5 王秀丽;基于行人小腿保护的汽车保险杠改进研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 李鸿飞;自动化弹库接口技术及碰撞动力特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 曹俊伟;基于裂纹扩展理论的船体结构疲劳强度研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 吕蔚;灰场挡水坝排洪系统的研究与应用[D];大连理工大学;2010年
9 付倬;硅灰石/聚丙烯/POE复合材料断裂行为的研究[D];湘潭大学;2010年
10 孙德洋;大口径直缝焊管成型工艺研究[D];天津理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 范天佑,李春;动态断裂介观判据的解析表达[J];Journal of Beijing Institute of Technology(English Edition);1995年02期
2 蒙云;姜波;;应用F.C.防治旧砼路面反射裂缝的探索[J];重庆交通学院学报;2007年03期
3 赵磊;樊统江;何兆益;李超;;荷载作用下半刚性基层沥青路面开裂原因分析[J];重庆交通大学学报(自然科学版);2009年01期
4 黄金;吴进良;李鑫;唐建强;;旧水泥路面沥青加铺层反射裂缝应力分析[J];重庆交通大学学报(自然科学版);2010年02期
5 张起森,刘益河;沥青路面开裂机理分析及试验研究[J];长沙交通学院学报;1988年02期
6 詹永祥;姚海林;卢正;;表面含裂缝沥青路面低温收缩断裂分析[J];交通科学与工程;2010年03期
7 巴桑顿珠;黄晓明;;西藏沥青路面裂缝温度疲劳扩展寿命分析[J];东南大学学报(自然科学版);2006年06期
8 陈建,吴林志,杜善义;采用无单元法计算含边沿裂纹功能梯度材料板的应力强度因子[J];工程力学;2000年05期
9 赵艳华,徐世烺;Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹脆性断裂的最小J_2准则[J];工程力学;2002年04期
10 郭瑞平;范天佑;;含半椭圆表面裂纹圆柱壳体的三维热弹性动态断裂[J];工程力学;2006年05期
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1 周震寰;断裂问题中的哈密顿体系方法及其应用[D];大连理工大学;2011年
【二级参考文献】
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1 张卫民,董韶平,杨煜,许淳淳,池琳,陈晓梅;磁记忆检测方法及其应用研究[J];北京理工大学学报;2003年03期
2 刘晶波,廖振鹏;地震波散射问题的数值解[J];地震工程与工程振动;1987年02期
3 王启智;利用边界元计算平面复合型裂纹应力强度因子的杂交法[J];重庆大学学报(自然科学版);1992年03期
4 张行;谷培;;各向异性板应力强度因子的变分解法[J];复合材料学报;1988年02期
5 王奇志 ,张行 ,何庆芝 ,任炳义;三维含裂纹有限大体剪切型应力强度因子能量释放率方法的封闭解[J];固体力学学报;1991年02期
6 胡先龙,池永滨;磁记忆诊断技术中应力集中水平定量评估方法[J];华北电力技术;2005年06期
7 郑光华,夏德义;涡轮盘表面裂纹的应力强度因子及其扩展[J];航空动力学报;1990年04期
8 吴学仁,黄新跃;受任意钉载圆孔边径向裂纹分析[J];航空学报;1988年09期
9 吴学仁;有限板孔边裂纹的权函数解法[J];航空学报;1989年12期
10 赖俊彪,张行,何庆芝;含孔边裂纹有限大板的解析变分解法[J];航空学报;1990年09期
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1 沈海军;高强度铝合金腐蚀疲劳机理与腐蚀疲劳全寿命工程模型[D];西北工业大学;2000年
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2 杨慧;曹平;汪亦显;黎振兹;黄尚安;;斜裂纹应力强度因子的有限元计算及分析[J];武汉工程大学学报;2007年02期
3 张正国;正交异性板Griffith裂纹应力强度因子K_Ⅰ~*K_Ⅱ~*的计算[J];力学与实践;1981年02期
4 张相周;含双共线裂纹板的弹性分析[J];固体力学学报;1982年04期
5 顾志芬;两种材料界面裂纹的应力强度因子[J];复合材料学报;1986年03期
6 罗钢明,张永元;等参边界元及其奇性元在管状结构三维裂纹问题中的应用[J];应用力学学报;1986年01期
7 郑志强;具有任意曲线裂纹的圆柱体扭转应力强度因子[J];哈尔滨工业大学学报;1988年05期
8 赵诒枢;;复合型断裂的经验准则[J];固体力学学报;1990年02期
9 易志坚;求解应力强度因子的一种新方法[J];重庆交通学院学报;1991年03期
10 徐克明,钟伯明,魏嘉荃,陈抡元;拉伸圆杆表面裂纹应力强度因子实验研究[J];大庆石油学院学报;1991年02期
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1 黄其青;殷之平;;连接耳片双裂纹应力强度因子影响分析[A];疲劳与断裂2000——第十届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2000年
2 王娜;王建国;王红缨;;基于Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展的研究[A];全国MTS岩土混凝土试验研讨会论文集[C];2009年
3 彭旭龙;李显方;;载荷作用位置对功能梯度材料的裂尖处应力强度因子瞬态响应的影响[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
4 王娜;王建国;;基于Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展的研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
5 杨宏伟;马大为;王更新;王志群;;求解厚壁筒动态应力强度因子的累进积分法[A];第六届全国结构工程学术会议论文集(第一卷)[C];1997年
6 于红军;吴林志;果立成;;基于非均匀单元有限元法的功能梯度材料三维断裂行为数值分析[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(下)[C];2006年
7 陈益蔚;;切槽炮孔开裂载荷的确定[A];第四届全国岩石破碎学术讨论会论文集[C];1989年
8 邹振祝;王旭跃;冯文杰;李春雨;;界面层理论的最新进展[A];第七届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ卷)[C];1998年
9 王志智;陈莉;聂学州;;几种工程方法在加筋板广布疲劳损伤应力强度因子计算中的应用[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年
10 于静;刘官厅;;一维正方准晶椭圆孔口平面弹性问题的解析解[A];现代数学和力学(MMM-XI):第十一届全国现代数学和力学学术会议论文集[C];2009年
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1 雍华东;若干先进电磁材料结构的断裂与稳定性等力学特性的理论研究[D];兰州大学;2010年
2 闫明;蠕变—热疲劳可靠寿命预测的若干问题研究[D];东北大学;2008年
3 林荣伟;CFL加固RC梁疲劳裂纹扩展规律及寿命预测[D];华南理工大学;2010年
4 陈枫;岩石压剪断裂的理论与实验研究[D];中南大学;2002年
5 李其;抽油杆表面裂纹及剩余寿命的可靠性研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
6 赵传宇;CFL加固钢板中表面裂纹扩展规律研究[D];华南理工大学;2013年
7 张俊清;高速列车空心车轴表面裂纹应力强度因子研究[D];北京交通大学;2011年
8 郭凤明;材料强度的特征长度概念及破坏准则[D];上海交通大学;2013年
9 陈景杰;含裂纹损伤船体结构强度分析方法研究[D];大连理工大学;2011年
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1 陈建兵;用分域边界单元法双映射奇异元计算裂纹的应力强度因子[D];哈尔滨工程大学;2005年
2 朱伯靖;三维双相材料裂纹问题的超奇异积分方程方法[D];中国农业大学;2005年
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