厚壁筒内裂纹深度与动态应力强度因子的关系.pdfVIP

第 20 卷 第 6 期 南　京　理　工　大　学　学　报 V o l. 20 N o. 6 1996 年 12 月　Journa l of Nan j in g Un iversity of Sc ien ce an d Techn ology　　D ec. 1996 厚壁筒内裂纹深度与动态应力强度因子 的关系 ① ① 杨宏伟 　马大为　王更新 　王志群 (南京理工大学机械学院, ①理学院, 南京 2 10094) 摘要　根据有限元法的基本理论, 采用求位移的办法, 分别求解了具有5种裂纹深 ( ) 度 60 mm 、14 0 mm 、200 mm 、260 mm 和32 0 mm 的静止边裂纹的厚壁圆筒 在同种内压载荷作用下的静态应力强度因子, 设计了合理的计算动态应力强度因 ( ) 子的方案, 并分别计算了这5种裂纹深度下厚壁筒在2种载荷 突加和正弦 作用下 的动态应力强度因子, 从而得到了一些动态应力强度因子随裂纹深度和时间变化 的规律。该规律对厚壁筒的设计及工程应用有一定的参考价值。 关键词　裂纹, 应力强度因子, 有限元法, 厚壁壳体 分类号　 346. 1 O 工程中广泛使用厚壁筒构件, 如石油化工设备中的高压容器和管道、枪炮身管等。厚壁 筒在工作时, 由于内膛承受动态内压, 故常在内壁出现裂纹, 继续使用这些厚壁筒时, 裂纹就 要不断扩展, 从而造成破坏事故, 故在进行断裂力学的安全分析和疲劳寿命设计时, 需要计 算表面裂纹的应力强度因子。目前, 对厚壁筒在静态压力下和自增强残余应力下的应力强度 因子的计算研究已有不少成就[ 1 ] [2 ] [3 ] 。然而, 实际应用中的厚壁筒, 一般承受的是动态内压, 故需研究在动态内压下厚壁筒的应力强度因子。本文根据有限元理论, 计算了厚壁筒在2种 动态内压载荷作用下, 不同裂纹深度的动态应力强度因子, 并分析了它们之间的变化关系。 1　计算方案 11　基本原理 动态有限元程序是以方程 　　[ ] { }+ [ ] { }+ [ ] { }= ( ) ( 1) M u C u K u R t 为基础的。式中, [ ]、[ ]和[ ] 分别表示质量、阻尼和刚度矩阵, ( ) 是外载荷列阵, { }、 M C K R t u ( ) {u }和{u }分别是位移、速度向量和加速度向量。求解每一时刻的动态方程 1 , 可求出各时 刻的位移{u }, 本文采用位移法求解裂纹尖端的应力强度因子。 本文于1996年1月27 日收到 国防科技预研行业基金项 目 杨宏伟　男　33岁　博士生 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 530 南 京 理 工 大 学 学 报 第 20 卷第 6 期 12　裂纹尖端位移场与应力强度因子的关系