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飞机连接件承载孔三维应力集中与裂纹分析

杨帆  
【摘要】: 在航空航天工程中广泛使用的各种机械设备往往都是由结构复杂的各种部件构成的。在设备的使用过程中,构件由于受力以及材料本身存在的缺陷,往往容易出现破坏。当前广泛应用的疲劳断裂理论往往是基于二维断裂力学的平面理论,而实际构件由于结构较复杂,往往呈现出强烈的三维效应,因此,对于复杂结构的三维破坏研究具有重要的理论和实际意义。本文对含有裂纹板的三维断裂和带孔板的应力集中问题进行了研究,主要包括以下内容: 1.含有边沿穿透型直裂纹的正交各向异性薄板在远端均匀拉应力作用下,用三维有限元和断裂力学的知识进行研究分析,获得了应力强度因子与相对裂纹长度之间的关系,讨论了裂纹尖端处的离面约束因子与相对裂纹长度和泊松比的关系,并获得了关于泊松比的离面约束因子的经验公式,为工程结构的三维剩余强度评估提供一定的参考。 2.通过对铆钉连接的有限厚度板两端受有拉应力的作用这一问题的简化,研究了含有铆钉孔的有限厚度板一端受拉应力的作用,孔内受有与板端部拉应力相平衡的不同角度均匀压应力作用这一基本问题,运用线弹性叠加原理、有限元法分析了孔边应力集中与板的厚度以及不同加载角度的关系。 3.基于有限元法研究了含有铆钉孔的有限厚度板端部受拉孔内受有与端部相平衡的、不同加载角度的正弦压应力一问题,讨论了不同加载角度和板的厚度对孔边应力集中的影响,发现加载角度和板厚的变化对三维应力集中系数有较大的影响,不能用简单的平面解和表面应力集中系数来代替三维最大应力集中系数。


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