[发明专利]冲击载荷作用下三维弹塑性弯曲裂纹尖端Jz积分的确定方法

说明书

本发明公开了冲击载荷作用下三维弹塑性弯曲裂纹尖端J_Z积分的确定方法，通过综合考虑冲击作用应力、三维塑性区域边界上的动态正应力和动态剪应力，利用二阶摄动方法计算三维弹塑性弯曲裂纹尖端的动态J_Z积分；用数值解法计算出三维弹塑性弯曲裂纹尖端动态J_Z积分，作图分析三维弹塑性弯曲裂纹尖端动态J_Z积分与三维裂纹体几何尺寸之间的变化关系；得到三维弹塑性弯曲裂纹尖端动态J_Z积分随着三维裂纹体厚度的增大而减小，而且减小的幅度越来越小，最终趋于平面应变状态下的弹塑性弯曲裂纹尖端动态J_Z积分；当三维裂纹体尺寸相同时，三维弯曲裂纹尖端动态J_Z积分随外部冲击载荷的不断增大而增大的结论，对船舶、航空、工程领域三维裂纹体的安全评估具有重大意义。

技术领域

本发明涉及弯曲裂纹扩展路径的研究分析，特别涉及冲击载荷作用下三维弹塑性弯曲裂纹尖端J_Z积分的确定方法。

背景技术

三维裂纹体的裂纹特性是影响三维裂纹体使用寿命的重要因素，对三维裂纹体的裂纹特性的研究可以更加精确的了解三维裂纹体的损坏情况，是船舶、航空、工程领域三维裂纹体的安全评估的主要参数，但是目前关于弯曲裂纹扩展路径的研究成果都是局限于二维线弹性断裂和二维弹塑性断裂问题的，关于冲击载荷作用下三维弹塑性弯曲裂纹动态J_Z积分的确定问题至今尚未研究；

在工程实际中，裂纹体的厚度通常是很大的，而且普遍承受冲击载荷作用；因此，研究三维裂纹体弹塑性弯曲裂纹的动态J_Z积分问题是非常有必要的；本文将运用二阶摄动方法计算出冲击载荷作用下三维弹塑性弯曲裂纹尖端动态J_Z积分，从而更精确地服务于工程实际。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供冲击载荷作用下三维弹塑性弯曲裂纹尖端J_Z积分的确定方法，通过综合考虑冲击作用应力，三维塑性区域边界上的动态正应力与动态剪应力，利用二阶摄动方法计算了三维弹塑性弯曲裂纹尖端的动态J_Z积分；得到三维弹塑性弯曲裂纹尖端动态J_Z积分随着三维裂纹体厚度的增大而减小，随着三维裂纹体厚度的均匀增大，三维弹塑性弯曲裂纹尖端动态J_Z积分不断减小，减小的幅度越来越小，最终趋于平面应变状态下的弹塑性弯曲裂纹尖端动态J_Z积分；当三维裂纹体几何尺寸相同时，三维弯曲裂纹尖端动态J_Z积分随外部冲击载荷的不断增大而逐渐增大，三维弯曲裂纹尖端动态J_Z积分随动荷系数的不断增大而迅速增大的结论，建立了一个计算三维弹塑性弯曲裂纹尖端动态J_Z积分的理论模型，对船舶、航空、工程领域三维裂纹体的安全评估有很大的意义。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

冲击载荷作用下三维弹塑性弯曲裂纹尖端J_Z积分的确定方法，所述J_Z积分的确定方法为：

S1：确定三维弹塑性弯曲裂纹尖端塑性区的数值解，具体方法如下：

离面约束因子：

三维弯曲裂纹尖端塑性区边界应力状态：

三维弯曲延伸裂纹尖端塑性曲边界上的正应力与剪应力之间的关系为：

三维裂纹体的离面约束因子的三轴应力约束函数为：

三维裂纹体的平均离面约束因子三轴应力约束函数：