圆柱体表面椭圆裂纹应力强度因子的有限元分析和研究

【摘要】： 本文以断裂力学理论为基础，利用有限元分析方法，对圆柱体表面椭圆裂纹的应力强度因子进行了分析和研究： 论述了表面裂纹应力强度因子的国内外研究现状，比较了表面裂纹应力强度因子研究中各种方法的优缺点，可以看到，有限元法的优点为：单元的布局和节点的配置方式比较灵活，对裂纹的形状和位置无特殊的限制。 对利用ANSYS参数化设计语言APDL分析问题时所涉及的一些带有共性的基础性问题进行了探讨，研究了ANSYS命令流及APDL语言在断裂力学数值模拟中的应用。 研究了奇异单元的尺度对计算结果的影响，选取了奇异单元最佳尺度范围，使该方法具有通用性强和精度高的特点。 本文研究表明，圆柱体表面椭圆裂纹应力强度因子的最大值除了出现在裂纹前缘的最深点和表面点之外，中间某些点(中间某点和椭圆中点的连线与短半轴夹角φ的弧度值在1.066到1.327之间)也会出现最大值。 通过分析，得出了圆柱体表面椭圆裂纹最深点和表面点应力强度因子的变化规律，绘制了圆柱体表面椭圆裂纹应力强度因子的变化曲线。 本文的计算结果与实验结果进吻合良好，对断裂力学在工程实际中的应用提供重要的参考价值。