金属套筒对圆柱超导体内裂纹强度因子的影响研究
发布时间：2021-09-07 21:07
建立了一个外部包裹厚度为d的金属套筒且含有中心裂纹的YBCO圆柱型超导体模型,将其置于变化的外磁场环境中。采用Kim模型,通过ABAQUS软件有限元法和J积分法,忽略金属套筒对超导体磁场捕获能力的影响,对圆柱超导体内裂纹尖端应力强度因子的变化规律进行了数值仿真研究。数值结果表明,金属套筒弹性模量、金属套筒厚度和裂纹长度对圆柱超导体内裂纹的应力强度因子有显著的影响。超导体内合力为拉力时,金属套筒抑制裂纹扩张;当金属套筒与超导体弹性模量之比大于2时,抑制作用变化不明显,强度因子相应减小;裂纹尖端受到相同拉应力时,有金属套筒的裂纹长度是无金属套筒裂纹长度的1.1倍。
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
金属套筒圆柱超导模型Fig.1Themetalsleevecylindricalsuperconductingmodel
第4期史良，等：金属套筒对圆柱超导体内裂纹强度因子的影响研究18372m0000B(r)(BB)2(Rr)B,a≤r≤r(7)2m0000B(r)(BB)2(Rr)B,r≤r≤R(8)若Ba＜*B＜Bm，则2m000B(r)(BB)2(Rr)B,arR＜＜(9)引入量纲为一的参数p，即002RpB(10)根据文献[18]，需要注意的是封闭区域S包含裂纹尖端区域，如图2所示。沿裂纹(线段加粗部分)尖端做两条围线，并沿围线进行积分，即为J积分。当Γ→0时，若超导体内应力和能量满足平衡，则(r)xg0(11)WWxxx(12)图21/4超导圆柱裂纹J积分示意图Fig.2CrackJintegralofdiagramof1/4superconductingcylinder由式(11)和式(12)，结合图2所示1/4超导圆柱裂纹J积分方法进行计算，可得()ddiiJWYSxuT(13)其中：W(ε)为平面体内的应变能密度；T为作用在面上的张力矢量；u为位移矢量；S为边沿的弧长；Y表示图示坐标轴Y方向。根据J积分值，应力强度因子可通过下式求解。s2s1JEK(14)其中s、Es分别为超导体的泊松比和弹性模量。3数值结果与讨论由于模型为圆柱对称结构，为简化计算，采用图3所示的1/4圆柱模型进行网格划分，图示1/4圆柱半径为100mm，裂纹长度a为2mm(对应图2中的线段加粗部分)。考虑到裂纹附近区域应力变化剧烈和应力的奇异性，裂纹尖端附近的区域采用局部加密的方式进行网格划分，以提高求解精度，其他区域采用八节点二次单元进行网格划?
第4期史良，等：金属套筒对圆柱超导体内裂纹强度因子的影响研究18372m0000B(r)(BB)2(Rr)B,a≤r≤r(7)2m0000B(r)(BB)2(Rr)B,r≤r≤R(8)若Ba＜*B＜Bm，则2m000B(r)(BB)2(Rr)B,arR＜＜(9)引入量纲为一的参数p，即002RpB(10)根据文献[18]，需要注意的是封闭区域S包含裂纹尖端区域，如图2所示。沿裂纹(线段加粗部分)尖端做两条围线，并沿围线进行积分，即为J积分。当Γ→0时，若超导体内应力和能量满足平衡，则(r)xg0(11)WWxxx(12)图21/4超导圆柱裂纹J积分示意图Fig.2CrackJintegralofdiagramof1/4superconductingcylinder由式(11)和式(12)，结合图2所示1/4超导圆柱裂纹J积分方法进行计算，可得()ddiiJWYSxuT(13)其中：W(ε)为平面体内的应变能密度；T为作用在面上的张力矢量；u为位移矢量；S为边沿的弧长；Y表示图示坐标轴Y方向。根据J积分值，应力强度因子可通过下式求解。s2s1JEK(14)其中s、Es分别为超导体的泊松比和弹性模量。3数值结果与讨论由于模型为圆柱对称结构，为简化计算，采用图3所示的1/4圆柱模型进行网格划分，图示1/4圆柱半径为100mm，裂纹长度a为2mm(对应图2中的线段加粗部分)。考虑到裂纹附近区域应力变化剧烈和应力的奇异性，裂纹尖端附近的区域采用局部加密的方式进行网格划分，以提高求解精度，其他区域采用八节点二次单元进行网格划?
【参考文献】：
期刊论文
[1]层状非均匀材料边裂纹引起的J积分变化量分析[J]. 陈昌荣. 应用力学学报. 2018(04)
[2]脉冲磁场作用下超导圆柱应力分析[J]. 杨小斌,李秀红,王晓军. 应用力学学报. 2017(05)
[3]各向同性材料接头和界面相交裂纹应力奇异性特征分析[J]. 张金轮,葛仁余,韩有民,周华聪. 应用力学学报. 2017(01)
[4]I型裂纹尖端约束应力区模型及其解析解[J]. 高常辉,唐雪松. 应用力学学报. 2014(06)
本文编号：3390250
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
金属套筒圆柱超导模型Fig.1Themetalsleevecylindricalsuperconductingmodel
第4期史良，等：金属套筒对圆柱超导体内裂纹强度因子的影响研究18372m0000B(r)(BB)2(Rr)B,a≤r≤r(7)2m0000B(r)(BB)2(Rr)B,r≤r≤R(8)若Ba＜*B＜Bm，则2m000B(r)(BB)2(Rr)B,arR＜＜(9)引入量纲为一的参数p，即002RpB(10)根据文献[18]，需要注意的是封闭区域S包含裂纹尖端区域，如图2所示。沿裂纹(线段加粗部分)尖端做两条围线，并沿围线进行积分，即为J积分。当Γ→0时，若超导体内应力和能量满足平衡，则(r)xg0(11)WWxxx(12)图21/4超导圆柱裂纹J积分示意图Fig.2CrackJintegralofdiagramof1/4superconductingcylinder由式(11)和式(12)，结合图2所示1/4超导圆柱裂纹J积分方法进行计算，可得()ddiiJWYSxuT(13)其中：W(ε)为平面体内的应变能密度；T为作用在面上的张力矢量；u为位移矢量；S为边沿的弧长；Y表示图示坐标轴Y方向。根据J积分值，应力强度因子可通过下式求解。s2s1JEK(14)其中s、Es分别为超导体的泊松比和弹性模量。3数值结果与讨论由于模型为圆柱对称结构，为简化计算，采用图3所示的1/4圆柱模型进行网格划分，图示1/4圆柱半径为100mm，裂纹长度a为2mm(对应图2中的线段加粗部分)。考虑到裂纹附近区域应力变化剧烈和应力的奇异性，裂纹尖端附近的区域采用局部加密的方式进行网格划分，以提高求解精度，其他区域采用八节点二次单元进行网格划?
第4期史良，等：金属套筒对圆柱超导体内裂纹强度因子的影响研究18372m0000B(r)(BB)2(Rr)B,a≤r≤r(7)2m0000B(r)(BB)2(Rr)B,r≤r≤R(8)若Ba＜*B＜Bm，则2m000B(r)(BB)2(Rr)B,arR＜＜(9)引入量纲为一的参数p，即002RpB(10)根据文献[18]，需要注意的是封闭区域S包含裂纹尖端区域，如图2所示。沿裂纹(线段加粗部分)尖端做两条围线，并沿围线进行积分，即为J积分。当Γ→0时，若超导体内应力和能量满足平衡，则(r)xg0(11)WWxxx(12)图21/4超导圆柱裂纹J积分示意图Fig.2CrackJintegralofdiagramof1/4superconductingcylinder由式(11)和式(12)，结合图2所示1/4超导圆柱裂纹J积分方法进行计算，可得()ddiiJWYSxuT(13)其中：W(ε)为平面体内的应变能密度；T为作用在面上的张力矢量；u为位移矢量；S为边沿的弧长；Y表示图示坐标轴Y方向。根据J积分值，应力强度因子可通过下式求解。s2s1JEK(14)其中s、Es分别为超导体的泊松比和弹性模量。3数值结果与讨论由于模型为圆柱对称结构，为简化计算，采用图3所示的1/4圆柱模型进行网格划分，图示1/4圆柱半径为100mm，裂纹长度a为2mm(对应图2中的线段加粗部分)。考虑到裂纹附近区域应力变化剧烈和应力的奇异性，裂纹尖端附近的区域采用局部加密的方式进行网格划分，以提高求解精度，其他区域采用八节点二次单元进行网格划?
【参考文献】：
期刊论文
[1]层状非均匀材料边裂纹引起的J积分变化量分析[J]. 陈昌荣. 应用力学学报. 2018(04)
[2]脉冲磁场作用下超导圆柱应力分析[J]. 杨小斌,李秀红,王晓军. 应用力学学报. 2017(05)
[3]各向同性材料接头和界面相交裂纹应力奇异性特征分析[J]. 张金轮,葛仁余,韩有民,周华聪. 应用力学学报. 2017(01)
[4]I型裂纹尖端约束应力区模型及其解析解[J]. 高常辉,唐雪松. 应用力学学报. 2014(06)
本文编号：3390250
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