含埋藏缺陷板的断裂力学分析

摘要

在含缺陷结构完整性评定中，应力强度因子K和J积分是两个重要评定参数。本文计算了含椭圆形埋藏缺陷平板在纯拉伸、纯弯曲和拉弯组合作用下的应力强度因子，有限元J积分。根据现有的极限载荷解析解计算了本文模型的极限载荷，通过参考应力法估算J积分，并将J积分的估算结果与有限元结果进行比较。
　　 (1)计算了含不同裂纹形状(Φ=0.2，0.4，1.0)，不同裂纹深度(α=0.1，0.2，0.3)，不同裂纹位置(κ=0，0.1，0.2)的平板在纯拉伸、纯弯曲，拉弯组合(λ=0.3，0.7)加载情况下的应力强度因子分布，分析归纳了裂纹形貌、裂纹位置、载荷条件对应力强度因子的影响，给出了应力强度因子影响系数在不同参数下的变化规律。
　　 (2)计算了含不同裂纹形状(Φ=0.2，0.4，1.0)，不同裂纹深度(α=0.1，0.2，0.3)，不同裂纹位置(κ=0，0.1，0.2)的平板在纯拉伸，纯弯曲，和拉弯组合(λ=0.3，0.7)作用下的线弹性J积分和满足Romberg-Osgood材料关系(n=5)的全塑性J积分。
　　 (3)根据不同极限载荷解析解公式，通过参考应力法估算了含椭圆形埋藏缺陷板模型在不同裂纹形状(Φ=0.2，0.4，1.0)，不同裂纹深度(α=0.1，0.2，0.3)，不同裂纹位置(κ=0，0.1，0.2)的J积分，并将估算结果与有限元结果进行比较。
　　 (4)用三维弹塑性有限元法对在拉、弯联合加载条件下，含偏置埋藏椭圆形裂纹的平板，进行了弹塑性断裂分析，并将缺陷小韧带处的J积分值与参考应力法的估算结果进行了比较。结果发现，当使用整体极限载荷时，参考应力法可能低估有限元J积分值。其原因可能是由于参考应力法中的小范围屈服塑性区修正不能正确反映小韧带在较低外载水平下屈服。