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缺口应力预测和裂纹尖端约束评估

2020-11-29阅读(429)

缺口应力预测和裂纹尖端约束评估

论文摘要

论文在分析孔口应力场的基础上,从灰色系统的观点出发,探讨灰色预测模型在应力集中等工程力学问题中的应用。首先对灰色预测模型进行研究。根据GM（1,1）灰色模型的指数特性,通过区间求积给出了关于背景值的一个计算公式,讨论由此建立的GM（1,1）改进模型的适用范围和预测精度。同时,对原始数据序列一次累加生成时,考虑序列的间距,提出一种建立非等间距序列GM（1,1）模型的方法。进而,研究灰色预测模型在应力集中测试中的应用。根据六种典型应力集中试件的应变电测试验,用电测数据建立灰色模型,预测应力集中问题的峰值应力。研究表明,灰色预测具有所需要的测试数据较少、预测值精度较高的特点,用灰色预测模型得到的预测值可以符合工程实际的需要。论文在分析裂纹尖端应力场的基础上,采用J-A2双参数弹塑性理论对裂纹尖端的约束效应进行评估。探讨如何依据裂纹尖端的约束水平,将由实验室试件测试得到的断裂力学参数转移应用到实际裂纹构件。分析不同温度和不同载荷情况下,浅裂纹试件和标准深裂纹试件裂纹尖端区域的应力场。根据约束参数A2的特点,对单边缺口拉伸试件进行加载设计,用不同的偏心载荷来模拟各种载荷形式和约束水平。在韧脆转变区,建立约束参数A2与主曲线参考温度T0之间的关系,根据裂纹的约束水平预测断裂韧性随温度的变化。提出一种二点匹配方法,使J-A2修正解适用于深裂纹、大范围屈服情况,J-A2的控制区得到进一步扩大,断裂韧性测试对试件尺寸的要求将更加宽松。进而,根据J-A2控制扩展理论,建立JR曲线与约束参数A2之间的关系,根据裂纹的约束水平预测其扩展阻力。此外,为方便工程应用,给出单边缺口弯曲试件和单边缺口拉伸试件的约束等效曲线和各试件构形间约束参数的转化关系式。建立J-A2双参数断裂准则,对不同裂纹深度的管道进行弹塑性断裂预测。对双向荷载下,多裂纹问题进行弹塑性分析,研究载荷比、裂纹间距、相邻裂纹长度对主裂纹J-积分和约束参数A2的影响,给出相应的影响系数。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 研究背景及意义
  • 1.2 研究的主要内容
  • 1.3 主要研究成果及创新点
  • 参考文献
  • 第2章 灰色模型及改进方法
  • 2.1 灰色模型的建模思想及基本概念
  • 2.2 GM（1，1）模型的适用范围
  • 2.3 GM（1，1）模型的改进
  • 2.3.1 改进模型的建立
  • 2.3.2 改进后模型的精度和适用范围
  • 2.3.3 修正方法
  • 2.3.4 算例
  • 2.4 非等间距序列的灰色模型
  • 2.4.1 基本理论和方法
  • 2.4.2 算例
  • 2.5 本章小结
  • 参考文献
  • 第3章 应力集中问题的电测实验和灰色预测
  • 3.1 拉伸板条应力集中问题
  • 3.1.1 双凹槽板条拉伸电测实验及实验数据
  • 3.1.2 带圆孔拉伸板条电测实验及实验数据
  • 3.2 带双凹槽和偏心孔弯曲梁的应力集中问题
  • 3.2.1 带双凹槽梁的弯曲电测实验及实验数据
  • 3.2.2 带偏心孔梁弯曲电测实验及实验数据
  • 3.3 带轴肩和圆孔扭转轴的应力集中问题
  • 3.3.1 带圆角轴肩圆轴扭转电测实验及实验数据
  • 3.3.2 带圆孔轴扭转电测实验及实验数据
  • 3.4 灰色预测和结果比较
  • 3.4.1 有圆角过渡台肩的圆轴
  • 3.4.2 带圆孔的圆轴
  • 3.4.3 带双凹槽的拉板
  • 3.4.4 带偏心孔的拉板
  • 3.4.5 带偏心孔的弯曲梁
  • 3.4.6 带半圆槽的弯曲梁
  • 3.4.7 结果比较
  • 3.5 本章小结
  • 参考文献
  • 第4章 裂纹尖端应力场和约束效应
  • 4.1 线弹性断裂理论
  • 4.1.1 三种基本裂纹模式
  • 4.1.2 裂纹尖端应力场和应力强度因子
  • 4.1.3 断裂韧性和线弹性断裂判据
  • 4.1.4 裂纹尖端的约束效应
  • 4.2 弹塑性断裂理论
  • 4.2.1 J积分和J积分的工程估算方法
  • 4.2.2 J积分的启裂判据
  • 4.2.3 I型裂纹尖端附近的弹塑性应力应变场—HRR解
  • 4.3 裂纹尖端场的约束评估方法
  • 4.3.1 裂纹尖端场的J-Q解
  • 2三项解'>4.3.2 裂纹尖端场的J-A2三项解
  • 2解'>4.3.3 修正的J-A2解
  • 4.3.4 多轴商（multiaxiality quotient）q
  • 4.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第5章 裂纹尖端约束分析和模拟
  • 5.1 材料性能和有限元模型
  • 5.1.1 材料性能
  • 5.1.2 试件尺寸和有限元模型
  • 5.2 裂纹尖端场
  • 5.2.1 裂纹尖端应力场分析
  • 5.2.2 约束分析
  • 5.3 试件的约束设计
  • 5.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第6章 韧脆转变区断裂韧性的预测
  • 6.1 材料性能和主曲线
  • 6.1.1 材料性能
  • 6.1.2 主曲线
  • 6.2 有限元分析及约束计算
  • 6.3 韧脆转变区断裂韧性预测
  • 6.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第7章 不同约束水平的裂纹扩展预测
  • 7.1 材料性能和有限元模型
  • 7.1.1 材料性能
  • 7.1.2 有限元模型
  • 2的两点匹配法'>7.2 确定A2的两点匹配法
  • 7.2.1 两点匹配法
  • 2'>7.2.2 约束参数A2
  • R曲线族'>7.3 与约束相关的JR曲线族
  • 2控制扩展'>7.3.1 J-A2控制扩展
  • R曲线族'>7.3.2 18G2A钢JR曲线族
  • 7.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第8章 管线钢裂纹体的约束和失效分析
  • 8.1 材料性能和有限元模型
  • 8.2 约束等效曲线
  • 2双参数断裂准则的管道失效压力预测'>8.3 基于J-A2双参数断裂准则的管道失效压力预测
  • 2双参数断裂准则'>8.3.1 J-A2双参数断裂准则
  • 8.3.2 管道的失效压力预测
  • 8.4 工程简化评定的应力乘子
  • 8.5 本章小结
  • 参考文献
  • 第9章 双向荷载下多裂纹弹塑性双参数断裂分析
  • 9.1 数值模型
  • 9.2 计算结果与分析讨论
  • 9.2.1 各因素对J-积分的影响
  • 9.2.2 各因素对裂纹尖端约束的影响
  • 9.3 弹性分析结果与弹塑性分析结果比较
  • 9.4 本章小结
  • 参考文献
  • 结论与展望
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的与学位论文有关的论文目录

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