旋转盘型件表面半椭圆裂纹KI的权函数解法

摘要

计算半椭圆裂纹的Ⅰ型应力强度因子(K_I)是研究含缺陷部件损伤容限、评估剩余寿命的关键技术。针对机械设备类盘型件应力分布复杂、有限元建模繁琐耗时等问题,建立一种计算高速旋转条件下复杂结构盘状部件表面半椭圆裂纹K_I的权函数方法。在一定的适用条件下,将盘型件局部小裂纹简化为平板表面裂纹。在半椭圆形状参数0.2≤α≤2、0.05≤β≤0.6的范围内,通过平板表面裂纹模型,拟合得到表面半椭圆裂纹权函数参数M的多元线性表达式,其中拟合值与有限元计算值的残差平方和均值为0.00975。结合某机械设备盘型件的设计特点,研究该权函数法在不等厚及中部突起型圆盘表面径向、切向裂纹问题的适用性。经验证,权函数解与有限元结果的相对误差为-4.45%~2.80%。