热载荷下圆柱表面裂纹分析
发布时间：2021-09-07 16:18
对圆柱体表面不同尺寸裂纹,利用通用有限元软件ABAQUS分别在拉应力载荷和热载荷作用下对其进行数值分析。数值结果表明:柱体表面裂纹尺寸影响裂纹前缘应力强度因子,同时柱体表面特征也制约裂纹面;应力强度因子随温度降低而减小。本文的数值分析是为研究同类结构表面裂纹的应力强度因子所做基础性工作。
【文章来源】：轻工科技. 2019,35(03)
【文章页数】：2 页
【部分图文】：
图I裂纹坐标与网格划分分别计算了以下裂纹尺寸:a/D=0.1;a/c=0.5:a/D=0.2,a/c
源螅旱绷盐粕疃扔胫?逯?径之比a/D=0.2时，裂纹深度与裂纹长度之比a/c=2.0时的无量纲应力强度因子曲线曲线变化趋势较剧烈，且无量纲应力强度因子随φ的增大而大幅增大；而a/c=0.8时，无量纲应力强度因子则随几何因素φ的增大呈现出先小幅降低而后增大到最大值，且变化幅值波动不大，说明柱体表面制约了裂纹面；当裂纹深度与柱体直径之比a/D=0.1，裂纹深度与裂纹长度之比a/c=0.5时，应力强度因子随φ的增大而减小；当裂纹几何因素φ=0时，应力强度因子出现极值。图2无量纲应力强度因子F与几何因素φ的关系图3给出了不同裂纹尺寸下，考虑温度场时裂纹前缘节点应力强度因子与几何因素φ的变化曲线。从图３曲线可以看出：裂纹尺寸不同时，应力强度因子随角度φ变化趋势明显不同。当a/D=0.2，a/c=0.8，接近裂纹深处（φ=0）应力强度因子均出现明显的波动现象，而且裂纹面最浅处（φ接近90°）应力强度因子的波动也较明显。在a/D=0.2，a/c=2.0情况下，裂纹前缘应力强度因子随几何因素φ的减小而递减的变化趋势；同时温度应力强度因子均随温度的降低而减校图4给出了应力强度因子与温度变化趋势曲线。对于不同的裂纹尺寸，随温度的降低，应力强度因子均减小；当裂纹尺寸为a/D=0.2，a/c=0.8时，裂纹较浅处的应力强度因子波动幅值较大；当温度保持不变时，不同裂纹尺寸的应力强度因子变化幅度随裂纹几何因素的差异而不同。(ａ)a/D=0.2，a/c=0.8(ｂ)a/D=0.2，a/c=2.0图3考虑温度场时应力强度因子KIT与φ曲线(ａ)a/D=0.2，a/c=0.8(ｂ)a/D=0.2，a/c=2.0图4考虑温度场时应力强度因子KIT4结论对于圆柱体表面椭圆裂纹，应力强度因子随裂纹尺寸呈现较明显差异性的变化趋势，圆?
??伊盐泼孀钋炒Γé战咏?0°）应力强度因子的波动也较明显。在a/D=0.2，a/c=2.0情况下，裂纹前缘应力强度因子随几何因素φ的减小而递减的变化趋势；同时温度应力强度因子均随温度的降低而减校图4给出了应力强度因子与温度变化趋势曲线。对于不同的裂纹尺寸，随温度的降低，应力强度因子均减小；当裂纹尺寸为a/D=0.2，a/c=0.8时，裂纹较浅处的应力强度因子波动幅值较大；当温度保持不变时，不同裂纹尺寸的应力强度因子变化幅度随裂纹几何因素的差异而不同。(ａ)a/D=0.2，a/c=0.8(ｂ)a/D=0.2，a/c=2.0图3考虑温度场时应力强度因子KIT与φ曲线(ａ)a/D=0.2，a/c=0.8(ｂ)a/D=0.2，a/c=2.0图4考虑温度场时应力强度因子KIT4结论对于圆柱体表面椭圆裂纹，应力强度因子随裂纹尺寸呈现较明显差异性的变化趋势，圆柱体表面制约了裂纹面；随着温度的降低，裂纹前缘节点温度应力强度因子不断减小，不同裂纹尺寸下的裂纹前缘应力强度因子随所处位置其变化趋势明显不同。参考文献[1]LPPook.Afiniteelementanalysisofcrackedsquareplatesandbarsunderantiplaneloading[J].FatigueFractEngngMaterStruct,2002,26:533-541.[2]沈海军,郭万林,李海军.拉伸螺杆半椭圆表面裂纹应力强度因子[J].力学与实践,2003,25(3):32-34.[3]MBergman.Stressintensityfactorsforcircumferentialsurfacecracksinpipes[J].Fatigue&FractureofEngineeringMaterials,2010,18(10):1155-1172[4]徐克明,钟伯明,魏嘉荃,等.拉伸圆杆表面裂纹应力强度因子实验研究[J],大庆石油学院学报,1991,15(2):65-70.[5]刘荣佩.轴表面半椭圆裂纹应力强度因子的求解[J].昆明理工
【参考文献】：
期刊论文
[1]拉伸螺杆半椭圆表面裂纹应力强度因子[J]. 沈海军,郭万林,李海军. 力学与实践. 2003(03)
[2]轴表面半椭圆裂纹应力强度因子的求算[J]. 刘荣佩. 昆明理工大学学报. 1996(01)
[3]拉伸圆杆表面裂纹应力强度因子实验研究[J]. 徐克明,钟伯明,魏嘉荃,陈抡元. 大庆石油学院学报. 1991(02)
本文编号：3389861
【文章来源】：轻工科技. 2019,35(03)
【文章页数】：2 页
【部分图文】：
图I裂纹坐标与网格划分分别计算了以下裂纹尺寸:a/D=0.1;a/c=0.5:a/D=0.2,a/c
源螅旱绷盐粕疃扔胫?逯?径之比a/D=0.2时，裂纹深度与裂纹长度之比a/c=2.0时的无量纲应力强度因子曲线曲线变化趋势较剧烈，且无量纲应力强度因子随φ的增大而大幅增大；而a/c=0.8时，无量纲应力强度因子则随几何因素φ的增大呈现出先小幅降低而后增大到最大值，且变化幅值波动不大，说明柱体表面制约了裂纹面；当裂纹深度与柱体直径之比a/D=0.1，裂纹深度与裂纹长度之比a/c=0.5时，应力强度因子随φ的增大而减小；当裂纹几何因素φ=0时，应力强度因子出现极值。图2无量纲应力强度因子F与几何因素φ的关系图3给出了不同裂纹尺寸下，考虑温度场时裂纹前缘节点应力强度因子与几何因素φ的变化曲线。从图３曲线可以看出：裂纹尺寸不同时，应力强度因子随角度φ变化趋势明显不同。当a/D=0.2，a/c=0.8，接近裂纹深处（φ=0）应力强度因子均出现明显的波动现象，而且裂纹面最浅处（φ接近90°）应力强度因子的波动也较明显。在a/D=0.2，a/c=2.0情况下，裂纹前缘应力强度因子随几何因素φ的减小而递减的变化趋势；同时温度应力强度因子均随温度的降低而减校图4给出了应力强度因子与温度变化趋势曲线。对于不同的裂纹尺寸，随温度的降低，应力强度因子均减小；当裂纹尺寸为a/D=0.2，a/c=0.8时，裂纹较浅处的应力强度因子波动幅值较大；当温度保持不变时，不同裂纹尺寸的应力强度因子变化幅度随裂纹几何因素的差异而不同。(ａ)a/D=0.2，a/c=0.8(ｂ)a/D=0.2，a/c=2.0图3考虑温度场时应力强度因子KIT与φ曲线(ａ)a/D=0.2，a/c=0.8(ｂ)a/D=0.2，a/c=2.0图4考虑温度场时应力强度因子KIT4结论对于圆柱体表面椭圆裂纹，应力强度因子随裂纹尺寸呈现较明显差异性的变化趋势，圆?
??伊盐泼孀钋炒Γé战咏?0°）应力强度因子的波动也较明显。在a/D=0.2，a/c=2.0情况下，裂纹前缘应力强度因子随几何因素φ的减小而递减的变化趋势；同时温度应力强度因子均随温度的降低而减校图4给出了应力强度因子与温度变化趋势曲线。对于不同的裂纹尺寸，随温度的降低，应力强度因子均减小；当裂纹尺寸为a/D=0.2，a/c=0.8时，裂纹较浅处的应力强度因子波动幅值较大；当温度保持不变时，不同裂纹尺寸的应力强度因子变化幅度随裂纹几何因素的差异而不同。(ａ)a/D=0.2，a/c=0.8(ｂ)a/D=0.2，a/c=2.0图3考虑温度场时应力强度因子KIT与φ曲线(ａ)a/D=0.2，a/c=0.8(ｂ)a/D=0.2，a/c=2.0图4考虑温度场时应力强度因子KIT4结论对于圆柱体表面椭圆裂纹，应力强度因子随裂纹尺寸呈现较明显差异性的变化趋势，圆柱体表面制约了裂纹面；随着温度的降低，裂纹前缘节点温度应力强度因子不断减小，不同裂纹尺寸下的裂纹前缘应力强度因子随所处位置其变化趋势明显不同。参考文献[1]LPPook.Afiniteelementanalysisofcrackedsquareplatesandbarsunderantiplaneloading[J].FatigueFractEngngMaterStruct,2002,26:533-541.[2]沈海军,郭万林,李海军.拉伸螺杆半椭圆表面裂纹应力强度因子[J].力学与实践,2003,25(3):32-34.[3]MBergman.Stressintensityfactorsforcircumferentialsurfacecracksinpipes[J].Fatigue&FractureofEngineeringMaterials,2010,18(10):1155-1172[4]徐克明,钟伯明,魏嘉荃,等.拉伸圆杆表面裂纹应力强度因子实验研究[J],大庆石油学院学报,1991,15(2):65-70.[5]刘荣佩.轴表面半椭圆裂纹应力强度因子的求解[J].昆明理工
【参考文献】：
期刊论文
[1]拉伸螺杆半椭圆表面裂纹应力强度因子[J]. 沈海军,郭万林,李海军. 力学与实践. 2003(03)
[2]轴表面半椭圆裂纹应力强度因子的求算[J]. 刘荣佩. 昆明理工大学学报. 1996(01)
[3]拉伸圆杆表面裂纹应力强度因子实验研究[J]. 徐克明,钟伯明,魏嘉荃,陈抡元. 大庆石油学院学报. 1991(02)
本文编号：3389861
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