[发明专利]疲劳载荷作用下三维弹塑性弯曲裂纹尖端Jz积分的确定方法在审

专利信息
申请号: 201910789244.5 申请日: 2019-08-26
公开(公告)号: CN110502841A 公开(公告)日: 2019-11-26
发明(设计)人: 杨大鹏;潘海洋;党令军;张平萍;杨新华 申请(专利权)人: 郑州职业技术学院
主分类号: G06F17/50 分类号: G06F17/50;G06T17/00;G01N3/32
代理公司: 61239 西安研创天下知识产权代理事务所(普通合伙) 代理人: 白志杰<国际申请>=<国际公布>=<进入
地址: 450121 河南省郑*** 国省代码: 河南;41
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摘要: 发明公开了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,在疲劳作用应力作用下,计算出三维弹塑性弯曲裂纹尖端JZ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JZ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JZ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JZ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JZ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JZ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。
搜索关键词: 三维 弯曲裂纹 弹塑性 裂纹体 减小 平面应变状态 工程领域 航空结构 理论模型 裂纹尖端 疲劳载荷 疲劳作用 三维弯曲 应力作用 重大意义 损伤 分析 研究
【主权项】:
1.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,其特征在于,所述JZ积分的确定方法为:/nS1: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:/n /n三维弯曲裂纹尖端塑性区边界应力状态:/n /n /n /n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:/n /n三维裂纹体的离面约束因子的三轴应力约束函数为:/n /n三维裂纹体的平均离面约束因子三轴应力约束函数:/n /n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:/n /n三维弹塑性曲应力所产生的弯曲延伸裂纹尖端应力强度因子表达式如下:/n /n /n /n /n /n式(2)、式(3)与式(4)中的负号表示三维弯曲裂纹尖端塑性区边界上的正应力与剪应力的作用与外应力的作用是相反的;/nS2:确定三维弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移δZ的数值解,具体方法如下:/n已知/n /n /n /n将式(14)、(15)代入式(16)中,并省去二阶项,得:/n /n /n /n已知三维弯曲裂纹尖端张开位移δZ为:/nδZ=δZI (20)/n /n /n所以:δzImax=δzI{kImax、kΠmax、bImax、bΠmax、Tmax} (23)/nδzΠmax=δ{kmax、kΠmax、bImax、bΠmax、Tmax} (24)/nδzImin=δzI{kImin、kΠmin、bImin、bΠmin、Tmin} (25)/nδzΠmin=δ{kImin、kΠmin、bImin、bΠmin、Tmin} (26)/nΔδZI=ΔδZI{ΔkI、ΔkΠ、ΔbI、ΔbΠ、ΔT} (27)/nΔδ=Δδ{ΔkI、ΔkΠ、ΔbI、ΔbΠ、ΔT} (28)/nδZmax=δZImaxZΠmax (29)/nδZmin=δZIminZΠmin (30)/nΔδZ=ΔδZI+Δδ (31)/n针对上述公式进行计算,可以得到三维弯曲裂纹尖端张开位移δZ的数值解。/nS3:确定三维弹塑性弯曲裂纹尖端JZ积分的关系式:/n /n将上述塑性区、张开位移三维数值解代入公式(29)中,得到简易表达如下:/nJZ=JZZZZ,t2,RZZ,aZ] (33)/n(JZ)max=JZZZZ,t2,(RZ)max,(δZ)max,aZ] (34)/n(JZ)min=JZZZZ,t2,(RZ)min,(δZ)min,aZ] (35)/nΔJZ=JZZZZ,t2,ΔRZ,ΔδZ,aZ] (36)/n由上述计算可知,疲劳载荷作用下,裂纹尖端塑性区和张开位移的大小是呈交替性变化的,三维弯曲裂纹JZ积分的周期变化是由于kIZ、kIIZ、bIZ、bIIZ、TZ、RZ等参量的循环增减而引起的;/n其中:σ1Z、σ2Z和σ3Z为三维弯曲裂纹尖端塑性区边界应力状态,σS为材料的塑性屈服极限,t2为σ1Z与σ2Z的比值,V为材料的泊松比,T′Z为离面约束因子,为三维裂纹体的平均离面约束因子,f(T′Z)为T′Z的三轴应力约束函数,的三轴应力约束函数,r是指沿裂纹切线方向与三维裂纹体自由表面之间的距离,是裂纹尖端塑性区贯穿厚度的平均半径,B为三维裂纹体的等效厚度,z为三维约束方向对称面约束方向位移,A、B1、B2是关于Z/B的拟合函数,αZ、βZ、γZ是三维弯曲裂纹的形状参数,kIZ、kIIZ为应力强度因子,T为系数,bIZ、bIIZ为与二维弯曲裂纹相对应的三维弯曲裂纹断裂特性参量,HZ为三维弯曲裂纹以及塑性纹的直线部分的长度,RZ为三维弯曲裂纹尖端塑性区在裂纹直线部分延长线上的射影长度,aZ为三维弯曲裂纹于裂纹直线部分延长线上的投影长度,cZ为RZ与aZ之和,δZ为三维弯曲裂纹尖端张开位移,k11、k12、k21为裂纹尖端的应力强度因子,为I型应力强度因子,为Π型应力强度因子,δZ为三维弯曲裂纹尖端张开位移,αZ、βZ、γZ为三维弯曲裂纹的形状参数,aZ为三维弯曲裂纹于裂纹直线部分延长线上的投影长度,σS是材料的塑性屈服极限,s为在裂纹弯曲拓展过程中裂纹尖端塑性区域在裂纹直线部分上的瞬时投影长度,t2为σ1Z与σ2Z的比值,RZ为三维弯曲裂纹尖端塑性区在裂纹直线部分延长线上的射影长度,aZ为三维弯曲裂纹于裂纹直线部分延长线上的投影长度。/n
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