[发明专利]疲劳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

本发明公开了疲劳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，在疲劳作用应力作用下，计算出三维弹塑性弯曲裂纹尖端J_Z积分的最大值与变化幅值，作图分析了三维弹塑性弯曲裂纹尖端J_Z积分的最大值和变化幅值与三维裂纹体几何尺寸之间的关系；三维弹塑性弯曲裂纹尖端J_Z积分的最大值与变化幅值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J_Z积分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J_Z积分的最大值与变化幅值；当三维裂纹体几何尺寸相同时，三维弯曲裂纹尖端J_Z积分的最大值与变化幅值随外载荷的不断增大而增大，本理论模型的建立，对于航空结构损伤、工程领域的研究具有重大意义。

技术领域

本发明涉及一种弯曲裂纹扩展路径的研究，特别涉及疲劳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，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，而关于疲劳载荷作用下的三维裂纹体弹塑性弯曲裂纹的路径预测、三维裂纹体弹塑性弯曲裂纹尖端塑性区域交变应力场的计算、J_Z积分最大值与变化幅值的确定问题至今尚未研究，在工程实际中，三维裂纹体的厚度通常是非常大的，因此，研究三维疲劳弹塑性弯曲裂纹的断裂特性是非常有必要的；本发明将运用数值方法计算出疲劳载荷作用下三维弹塑性弯曲裂纹尖端J_Z积分的最大值与变化幅值，从而更精确地服务于工程实际中。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供疲劳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，在疲劳作用应力作用下，利用数值解法计算出三维弹塑性弯曲裂纹尖端J_Z积分的最大值与变化幅值，作图分析了三维弹塑性弯曲裂纹尖端J_Z积分的最大值与变化幅值与三维裂纹体几何尺寸之间的变化关系；三维弹塑性弯曲裂纹尖端J_Z积分的最大值与变化幅值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J_Z积分的最大值与变化幅值不断减小，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J_Z积分的最大值与变化幅值；当三维裂纹体几何尺寸相同时，三维弯曲裂纹尖端J_Z积分的最大值与变化幅值随外载荷的不断增大而逐渐增大，本理论模型的建立，对于航空结构损伤、三维裂纹体的使用寿命的研究具有很大意义。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

疲劳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：

三维弯曲裂纹断裂特性参量关于三维裂纹体的等效厚度B的函数关系式为：