文档介绍：浙江工业大学
硕士学位论文
三维裂纹板条动态断裂参量的线弹簧有限元法研究
姓名:姜莹莹
申请学位级别:硕士
专业:固体力学
指导教师:柴国钟
20030501
摘要关键词:表面裂纹,内埋裂纹,动态应力强度因子,线弹簧模型,有限元,本文将线弹簧模型与有限元软件嘟岷希缘员砻媪盐频亩裂参量进行了研究,所进行的工作主要有:将传统的用于静态表面裂纹分析的线弹簧模型推广用于动态断裂分析,导出了相应的线弹簧本构关系,并与有限元嘟岷希⒘讼嘤Φ那蠼技术。对含内埋椭圆裂纹的板条进行了静态和瞬态分析,得到的结果与已有的解吻合良好,对影响瞬态响应的因素如裂纹形状、裂纹深度、板条长度、板条厚度做了分析比较。在刑岢隽艘恢中碌南叩傻ピS糜诒砻媪盐品治觯⒎直鹩糜诒面裂纹静态与动态的分析,所得结果与已有解吻合良好,说明此单元模型的建立是成功的,最后对影响表面裂纹动态应力强度因子的因素做了分析。本文所建立的三维裂纹动态断裂参量的分析方法,较之全三维有限元法大大简化了前处理过程和节省了计算机时。同时,保证了一定的分析精度。因此,作为一种工程数值分析方法,是非常适合的。
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‰畂蓿耍第一章绪论构的破坏和反应堆的安全设计等,因此研究前景及价值都非常可观吐断裂动力学基本理论前言裂,扩展路径,分叉或止裂。由断裂静力学知道【,对于平面问题糽—,断裂动力学是断裂力学的一个新的分支,主要是研究动态效应咝院陀效应荒芎雎缘哪切┒狭蚜ρ侍猓饫辔侍舛及橛胁ǖ拇úィ橹手兄实愕惯性都必须考虑,一般可以分为两类:第一类,裂纹稳定而外力随时间迅速变化,例如振动,冲击,波动等等,也就是研究裂纹的起始问题,第二类则是外力是恒定的而裂纹发生快速传播,也就是传播裂纹问题。相对于断裂静力学来说,断裂动力学的研究并不是很成熟,因为增加了~个时间变量,其不仅在数学处理上困难得多,在物理上也复杂得多,研究的困难主①物理现象复杂,涉及的因素较多,一些基本规律尚未完全清楚。②实验装置复杂,费用昂贵,实验结果相对较少。③缺乏有效的数学方法。现有的分析大多数只是近似的。但由于断裂动力学的发展与自然现象和工程中的实际问题密切相关,诸如地震探矿、超声波无损探伤、地震工程、震源物理、爆炸力学、高速冲击下各种结为了对断裂现象做出定量的估计,把材料或结构物当作具有初始裂纹的弹性体或弹塑性体,从弹性力学方程或弹塑性方程出发,把裂纹作为一种边界条件,侧重考察裂纹顶端的应力场、应变场和位移场,设法建立起这些场与控制断裂的物理参量的关系。动态断裂问题与静态问题一样,有必要对其断裂参量进行评定,如动态应力强度因子和,积分。应力强度因子在动态情形依然是非常重要的研究参量∞,,因为它控制着裂纹尖端附近的应力场与位移场,而应力应变场又决定了裂纹的起在裂纹顶端附近,应力分量这种现象被称为在裂纹顶端区域应力场具有,一阶的奇异性。要在于以下几点:绪论.·
烛√丽。㈧肺﨔砂,㈤姆√騞,,瑀,靶盯。琽常数,!穙裂纹传播速度的函数,可以记为琌的研究仅仅涉及断裂过程中的一个点,其数学处理就是求解波动方程的初值——裂纹的位景与加载情形与图猯所示相同,只是因为载荷是时间的函数或由上式可得上式右端的常数。代表了应力场,一阶奇异性强弱的程度,因而被称为应力场奇异性强度因子,简称为应力强度因子,通常应力强度因子以下述方法定义:其中,南卤瓯硎径杂τ贗型裂纹问题。同样地,动态应力强度因子类似地可定义为:裂纹发生快速运动,应力分量是时间的函数,因而动态应力强度因子也是时间或一般来说,可以把动态应力强度因子分成两大类:谘杆俦浠脑睾包括波饔孟碌奈榷盐频挠αη慷纫蜃樱载荷恒定而裂纹迅速传播情形下的应力强度因子。对于第一类情况,主要考虑的是裂纹对动态载荷的响应。动态载荷主要可以分为冲击和波动两类问题,实际上,这两类问题是有联系的。而第二类情况相对于第一类情况来说,则要复杂得多,因为如果说裂纹动态起始问题混合边值问题,那么裂纹传播止裂问题所涉及的就是一个过程。由于边界的一部分即裂纹是在运动的,而其运动的规律是事先未知的,它依赖于基本方程的解,而这种解又必须依靠边界条件才能确定。所以它是一个高度非线形的问题。】页端应力场的奇异性
断裂动力学的研究分析方法值反演求出时间域上的解【鲥。的分析解,但是它们是做了许多很特殊的假定下才得出来的。动态断裂分析常采用解析和数值分析两类主要方法⋯。分方程三种基本方法。数值方法主要包括有限差分法、有限元法和边界数值法等最早用解析法研究稳定裂纹对冲击载荷和对弹性波响应问题的的是德国学者