弹塑性裂纹尖端应力约束及厚度效应的有限元分析

摘要

结构构件中的裂纹会降低结构系统的安全性，甚至导致整个系统的失效。因此，对存在裂纹的构件进行强度分析尤为重要。近年来，已经发展了许多理论和方法来分析二维和三维裂纹尖端应力水平和约束。其中J—A2双参数法常用来分析二维模型裂纹端约束效应，而应力商q和离面约束因子TZ理论常用来分析三维模型裂纹端约束效应及厚度效应。 本文针对X80和X100这两种钢，运用应力商q和离面约束因子TZ理论对不同厚度的单边浅裂纹和深裂纹拉伸试件进行三维应力状态和弹塑性约束分析，讨论了厚度效应和裂纹长度对中面裂纹端应力状态的影响，最后讨论了厚度效应对中面裂纹端塑性区的影响。同时，在J—A2方法的基础上，对具有共线双裂纹的平板进行弹塑性断裂分析，分别计算单向加载及双向加载，在不同载荷比时，具有不同裂纹尺寸与不同裂纹间距情况下的主裂纹的断裂驱动力和约束参数。讨论了塑性区的大小。最后比较了斜裂纹端与直裂纹端的应力状态，讨论裂纹斜度以及模型厚度对裂纹端应力状态的影响。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2研究内容

第二章断裂力学的基本理论

2.1应力强度因子理论

2.2弹塑性断裂力学

2.2.1 J积分理论

2.2.2 HRR渐近解理论

2.2.3J-Q双参数理论

2.2.4J-A2双参数理论

2.2.5多轴应力商理论

2.2.6离面约束因子理论

第三章三维厚度试件的三轴应力性与弹塑性约束分析

3.1材料性能

3.2数值计算与约束分析

3.2.1数值模型

3.2.2计算结果与分析讨论

3.3小结

第四章双向载荷下共线多裂纹弹塑性双参数断裂分析

4.1数值计算和约束分析

4.1.1基本理论与数值模型

4.1.2计算结果与分析讨论

4.2小结

第五章裂纹斜度对裂纹尖端应力状态的影响

5.1数值计算

5.1.1基本理论与数值模型

5.1.2计算结果与分析讨论

5.2小结

第六章总结

6.1全文总结

6.2有待进一步研究的问题

参考文献

致 谢

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