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裂缝模型说明1 裂缝模型介绍在钢筋混凝土结构的有限元分析中，常用的裂缝模型有以下几种：1，弥散（分布）裂缝模型；2，离散裂缝模型；3，断裂力学模型。
除此之外，还有其他一些形式的模型。
那么，如何在种类繁多的开裂数学模型中选用合适的模型用于实际结构分析呢，这取决于有限元分析的对象以及需要得出哪些数据。
如果需要获得结构的荷载位移特性曲线，而不需要裂缝的实际分布图形及局部应力状况，那么，就可以选择所谓“弥散裂缝模型”。
如果研究的兴趣在于结构局部特性的细节，那么采用离散裂缝模型更为适合。
对于某些特殊类型的问题，采用基于断裂力学原理的开裂模型也许更为方便。
弥散裂缝模型也被称为分布裂缝模型，其实质是将实际的混凝土裂缝“弥散”到整个单元中，将混凝土材料处理为各向异性树料，利用混凝土的材料本构模型来模拟裂缝的影响。
这样，当混凝土某一单元的应力超过了开裂应力，则只需将材料本构矩阵加以调整，无需改变单元形式或重新划分单元网格，易于有限元程序实现，因此得到了非常广泛的应用。
Baza等提出的钝带裂缝模型则进一步发展了传统的弥散裂缝模型，通过引入裂缝带、断裂能等概念，使弥散裂缝模型和断裂力学相结合，减小了单元尺寸的影响。
现在的大型商用非线性有限元程序包里面基本都集成了弥散裂缝模型，用于模拟混凝土、岩石等材料的开裂。
离散裂缝模型是最早提出的模拟混凝土开裂的裂缝模型，其基本思想是：将裂缝处理为单元边界，一旦出现裂缝就调整节点位置或增加新的节点，并重新划分单元网格，使裂缝处于单元边界与边界之间。
这样，由裂缝引起的非连续性可以很自然的得到描述，裂缝的位置、形状、宽度也可以得到较清晰的表达。
由于离散裂缝模型是使用单元边界来模拟裂缝，因此随着裂缝的发生和发展，需要不断调整单元网格。
这是—项非常复杂的工作，需要消耗大量的计算机时，也是妨碍分离裂缝模型发展的主要原因。
对于一个有着大量裂缝的实际混凝土结构．用网格重划来逐个追踪裂缝几乎是不可能的。
基于有限元的弹塑性裂纹数值分析摘要：在线弹性断裂力学和D-M模型的基础上，推导出了受单向拉伸含中心穿透裂纹的理想弹塑性材料J积分的解析式；通过ANSYS对弹塑性J积分进行数值计算，与推导出的解析解比较，表明了用有限元方法计算弹塑性J积分具有相当高的精度；分析了J积分与裂纹初始长度及外荷载的关系；对理想弹塑性材料塑性区大小进行了探讨，结果表明，塑性区尺寸随外荷载增大而增大，并且外荷载接近屈服应力时，裂纹塑性区尺寸趋近于无穷大，进入全面屈服。
关键词：弹塑性断裂J积分D-M模型塑性区尺寸数值模拟ANSYSAbstract:Based on the linear elastic fracture mechanics and D-M model, J integral is derived under tension with center through-thickness crack in the ideal elastic-plastic materials. Aiming at elastic-plastic J integral for numerical calculation through ANSYS, analysis and comparison with the deduced solution are made, showing that it is highly accurate by means of the finite element method to calculate the elastic plastic J integral .Then analysis of the relation between the J integral and the initial crack length and load is given.The ideal elastic-plastic materials’plastic zone size is studied and results show that the plastic zone size increases with the increase of load, and when the load is close to yield stress, crack plastic zone size approaches infinity, entering theoverall yield.Key words:elastic-plastic fracture J integral D-M model the size of the plastic zone numerical simulation ANSYS一般脆性金属材料，如铸铁等在裂纹扩展前，其端部都将出现一个塑性区。
基于ABAQUS的货叉三维裂纹应力强度因子有限元分析货叉是一种常用于起重机械的重要零件，承受着大量的动态和静态荷载。
在使用过程中，货叉可能会受到裂纹的影响，从而降低其强度和安全性。
因此，对货叉的裂纹应力强度因子进行分析是非常必要的。
裂纹应力强度因子是评估裂纹尖端应力场的参数，它可以用来判断裂纹的扩展情况以及材料的断裂行为。
基于ABAQUS的有限元分析可以用来计算货叉在裂纹尖端处的应力强度因子。
该分析要求以下几个步骤：1. 建立货叉的三维有限元模型：模型要包括真实的几何形状和材料性质。
可以使用ABAQUS提供的建模工具，如Part模块和Assembly模块，来构建模型。
此外，还需考虑货叉的边界条件和加载方式。
2.设置裂纹：在模型中引入裂纹，它可以是表面裂纹或体内裂纹。
可以使用ABAQUS提供的功能来创建裂纹和裂纹前沿。
3.划分网格：为了计算裂纹应力强度因子，需要划分网格并分配单元类型和单元属性。
合理的网格划分可以提高计算精度和效率。
4.应用荷载：根据实际情况，在模型中施加与实际工作状况相对应的荷载。
荷载类型可以包括静态荷载、动态荷载或者其他较为复杂的荷载。
5.运行分析：设置好所有必要的计算参数后，可以运行分析并计算货叉的裂纹应力强度因子。
6.结果分析：根据计算结果，可以评估货叉中裂纹的状态和扩展情况。
一般来说，如果裂纹应力强度因子超过了材料的断裂韧性，则裂纹有可能扩展，从而降低货叉的强度和安全性。
在进行有限元分析时，需要注意模型的合理性和准确性。
同时，还应考虑到材料的非线性特性和可能的影响因素，以获得较为准确的分析结果。
总之，基于ABAQUS的货叉三维裂纹应力强度因子有限元分析可以用来评估货叉中裂纹的状态和扩展情况，为提高货叉的安全性和可靠性提供科学依据。
基于有限元方法的钢结构裂纹扩展数值模拟钢结构在现代建筑中占据了重要的地位，而裂纹的发生是钢结构中最常见的问题之一。
因此，钢结构裂纹扩展数值模拟技术就显得尤为重要。
有限元方法是一种广泛应用于工程和科学领域的数值分析方法。
它基于物理学原理，将结构分解成离散的有限元素，通过求解边界值问题，得出结构的应力和位移分布。
同样，基于有限元方法的钢结构裂纹扩展数值模拟也是利用这一原理进行求解的。
具体来说，钢结构裂纹扩展数值模拟可以分为以下几步：1. 建立有限元模型首先，需要根据实际情况建立钢结构的有限元模型。
这包括确定结构的几何形态、材料性质、边界条件等信息。
建立好有限元模型后，需要对其进行验证，以保证模型的准确性和可靠性。
2. 定义裂纹模型和加载模型在模型中定义裂纹模型和加载模型。
裂纹模型指的是裂纹的形态和位置，可以根据实际使用条件进行选择。
而加载模型则是指模拟施加在结构上的载荷类型和大小。
3. 求解裂纹扩展过程通过有限元计算软件，对建立的有限元模型进行求解，得出裂纹在结构中的扩展过程。
这一过程需要考虑材料的损伤、裂纹的形态和位置等因素。
4. 分析结果最后，需要对数值模拟结果进行分析。
这包括获取裂纹扩展的速率、寿命和余寿命等信息，了解结构在不同时间节点的疲劳性能和寿命周期等。
钢结构裂纹扩展数值模拟技术的研究可以为结构设计和安全评估提供重要的依据。
通过有限元分析，可以准确地模拟裂纹扩展过程，为实际使用中的结构提供可靠的计算方法。
然而，钢结构裂纹扩展数值模拟技术仍面临一些挑战，如材料损伤机理的建立、裂纹形态和位置的确定以及疲劳损伤的模拟等。
这些问题的解决需要不断地深入研究和探索，以不断提高数值模拟的准确性和可靠性。
综上所述，钢结构裂纹扩展数值模拟技术的应用已经成为现代建筑领域不可忽视的一部分。
通过有限元计算软件等工具，可以进行有效的数值模拟，为实际使用中的结构提供可靠的计算方法。
同时，对相关技术的不断深入研究和探索也有助于推动钢结构行业的发展和进步。
含裂纹铆接搭接连接件三维有限元分析近年来，越来越多的研究聚焦在不同材料的结构接合方法上，多种材料的接合结构可以满足更复杂的工程需要。
在实际的工程中，铆接搭接技术既有便利的操作性，又有良好的可靠性，在汽车、航空航天以及军事等领域应用量极大。
然而，由于有些零件存在大尺寸裂纹或者其他损坏，小心操作仍旧会对接合结构产生不利的影响，因此，要想更加充分了解含裂纹铆接搭接连接件在三维有限元分析中设计的可靠性，分析铆接搭接连接件的特性是很有必要的。
为了探究含裂纹铆接搭接连接件的三维有限元分析，首先利用软件程序建立一个模型，模拟实际的搭接连接件。
通过实验，对搭接连接件的结构行为和抗静态能力进行研究，分析其在三维有限元分析的表现。
其次，为了更好的了解铆接搭接连接件的抗压特性，把裂纹作为铆接搭接连接件结构特性的一部分，进行模拟分析。
经过分析，发现裂纹可能会减小铆接搭接连接件的抗压能力，但不会造成接合部件的拆解。
同时，含裂纹铆接搭接连接件的位移也受裂纹大小影响，裂纹越小，位移越小，接合部件能够受力更好。
同时，为了进一步提高搭接连接件的可靠性，增加材料的韧性是必要的，并补充合理的防护装置以防湿气和其他有害因素对铆接搭接连接件造成破坏。
在此基础上，建立一个完整的设计概念，从而保证铆接搭接连接件的结构性能满足用户需求。
总之，针对含裂纹的铆接搭接连接件，三维有限元分析的结果显示，裂纹的大小对接合部件的抗压能力以及位移有一定的影响，对应地，为了提高搭接连接件的可靠性，应采取相应的改进措施，保证接合部件具有足够的强度稳定和可靠性。
本文研究了含裂纹铆接搭接连接件在三维有限元分析中表现出来的抗压特性，并给出一些改进方案，以期提高铆接搭接连接件在工程上的可靠性。
有助于推动其在各个领域的更广泛的应用。
第!"卷第#$期%$#$年#$月林业科学&’()*+(,&(-.,)&(*(’,)./01!"!*/1#$2345!%$#$木材裂纹尖端应力场的有限元分析和开裂方向预测邵卓平#6童永耀%6盛宏玉%6牛忠荣%6董宏敢#"#1安徽农业大学林学与园林学院6合肥%8$$8"&%1合肥工业大学土木工程学院6合肥%8$$$7#摘6要!6以鱼鳞云杉木材三点弯曲试件为例!应用,F ,B b &有限元软件分析裂纹体与木材顺纹向倾角分别为7$n !"$n !8$n !$n 时的应力场!并采用)切向比正应力准则*对裂纹的启始开裂方向进行预测$结果表明%##以裂尖为中心作径向平面!!种裂纹体试件的最大X HP M P 应力所在的径向线均沿着木材的顺纹理方向&%#在除去裂尖奇异点以外的一个较大区域中!垂直裂纹表面的拉应力/X 和平行裂纹表面的拉应力/K 的比值/X Z /K 几乎是一个常数!在#‘A 之间&8#无论初始裂纹与木材顺纹向的夹角如何!其裂尖处的切向比正应力1!均在顺纹方向上最大!理论预测和试验结果均表明裂纹将折向顺纹方向启裂$最后讨论木细胞间的低界面强度对木材的增韧作用$关键词%6木材断裂&有限元&应力场&开裂方向预测中图分类号!&?@#1%7666文献标识码!,666文章编号!#$$#=?!@@"%$#$##$=$#$@=$"收稿日期%%$$7=$8=#8&修回日期%%$#$=$"=8$$基金项目%国家自然科学基金项目"8$A?#!A%#!安徽农业大学创新团队资助$;/&*0$-$#4)’5($$Z -(*3](&5I 5&<^B -%e $-/9Z -/-’(Q *(6(/’M(’"#3&/3!5(3-<’-#/#4I 5&<^-/9Y -5(<’-#/4#57##3)&6%*(>-’"I 5&<^&L9/l LJ/RH N<#6+/N<O /N<V 9/%6&LM N<\/N<V J %6*H J l L/N<S /N<%6D /N<\/N<<9N#"#MF&’--6-./-%"#*%0$)?E$)?#&$:"2%&’+*"&*,%"!2)’,+25%+&,6*,%$6I )+G "%#+*06V "."+%8$$8"&%MF&’--6-.1+G +6<)5+)""%+)5!V "."+I )+G "%#+*0-.U "&’)-6-506V 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!#7??&邵卓平等!%$$%#$横向弯曲是木构件最常见的承载和变形形式!横向断裂则是指木构件因制造缺陷或天然缺陷在横6第#$期邵卓平等%木材裂纹尖端应力场的有限元分析和开裂方向预测向载荷作用时所发生的破坏方式!其断裂机制复杂!主要特征表现在启裂后裂纹不一定再沿原裂纹面内作自相似扩展$如同大多数复合材料!裂纹扩展的方向主要取决于裂尖高应力区材料的各向异性程度和原裂纹取向!虽然许多试验都表明含横纹理裂纹缺陷的木粱构件在横向载荷作用下裂纹常沿顺纹方向启裂"邵卓平等!%$$8&%$$7#!但至今尚未见有报道对这一现象从理论上给予分析与证实&另外!对于更一般情况!即当原裂纹方向与顺纹理方向成任意角度时的裂纹体在(型断裂模式下!如何预测裂纹体的启裂方向也未见有报道$为此!本文以鱼鳞云杉"J +&"$$#:"%$*$#木材的三点弯曲试件为例!应用,F ,B b &有限元软件对其裂纹尖端附近的应力场和开裂方向进行数值分析!并讨论了木材界面强度与韧性之间的关系$#6材料与方法?@?A 材料与基础数据试验用材为鱼鳞云杉气干材!含水率为#8_$在对裂纹尖端应力场和开裂方向分析前!需要先测试木材的弹性系数以及顺纹和横纹方向的拉伸强度$试材的#%个弹性系数可以通过如图#所示切取的矩形试样用电测法获得$将测得的弹性系数作适度修正使其满足正交各向异性!修正后的弹性系数为%<-f #%W :9!<I f #1%W :9!<+f $1"W :9!--I f $1!!--+f $1!!-I +f $1!A !-I -f $1$!!-+I f $1%8!-+-f$1$%!>I -f!7A X :9!>+-f%$7X :9!W I +f @A X :9$图#6测试木材弹性常数的"种试样a H <5#6&H Q P 9;R0M P />Z //U >/S 4M P 4H N<M 09P 4H 3;/UJ0JP66鱼鳞云杉木材的顺纹抗拉强度"/-#和横纹抗拉强度"/+#分别按照国家标准W F#78@=7#和W F h +#!$#?=7%"国家标准局!#77#9M#T #测试!测试结果见表#!/-Z /++%A $表?A 鱼鳞云杉木材的拉伸强度B &,C ?AB (/$-*($’5(/9’"#4/-%&""*,&("7"指标(NUM Q 试件数*J;TM S 平均值X M 9N h X :9标准差&49NU9S U UM [H 94H /N h X :9标准误差&49NU9S UM S S /S hX :9变异系数.9S H 94H /N 3/M >>H 3H M N4h _准确指数*H 3M 4VH NUM Q h_/-%$7A1A!##1A%%1A##%1$A A1%"/+#?81@$188$1$@@1"%!1#@@DA 断裂分析模型木材断裂试件选用图%所示的标准三点弯曲"&)F #试样"国家标准局!#7@!#!试件尺寸F f #"$;;!N f !$;;!3f %$;;!$f %$;;!两端简支!裂纹体位于中间!裂纹方向与顺纹向倾角分别取’f 7$n "横纹理裂纹或-+型裂纹体#!’f "$n !’f 8$n !’f$n "顺纹理裂纹或+-型裂纹体#$有限元分析模型的单元划分采取八结点双向二次平面应变四边形单元!在裂纹尖端采用退化的#h !奇异等参元!奇异元半径取为$1$A ;;!围绕裂尖分为8"等分"每#$n 一个单元#$用于有限元分析的图%6&)F 试件的裂纹体与纤维方向a H <5%6’S 93^9NU >H TM S /S H M N494H /N />&)FP 9;R0M图86用于有限元分析的裂尖#h !奇异单元网格a H <586,S S 9N<M ;M N4/>4LM ]J9S 4M S R/H N4M 0M ;M N4P 944LM 3S 93^4H R JP M U H N 4LM >H NH 4M M 0M ;M N4P H ;J094H /N7$#林业科学!"卷6裂尖奇异单元网格如图8所示!在近裂尖处网格稠密(远离裂纹处网格稀疏$施加荷载假设为#$$*$%6结果与分析D@?A 裂纹尖端M-$($应力场在平面应变条件下!考虑裂尖处三向应力状态对断裂过程的影响!可以采用X H P M P 应力分析裂尖处的应力分布!X H P M P 应力值不仅综合反映了8个主应力的作用效果!也表征了形变能密度的大小$图!是采用,F ,B b &有限元软件对!种裂纹体与木材顺纹理成不同’角度的&)F 试件裂纹尖端处的X H P M P 应力场云图!可以看到%如果以裂尖为中心作径向平面!!种裂纹体试件的最大X H P M P 应力所在的径向线均沿着木材的顺纹理方向$由于平行原裂纹面的应力/K 较垂直原裂纹面应力/X 要小!因此/X 应力场云图的形貌和趋势与X H P M P 应力场相近$图!6!种裂纹试件的裂尖附近的X H P M P 应力场云"’为裂纹与顺纹向的夹角#a H <5!6+LM X H P M P P 4S M P P NM RL/<S 9;9S /JNU 3S 93^4H R />>/JS &)FP RM 3H M P "’H P 9N<0M TM 4Z M M N 3S 93^9NU >H TS M #D@DA 开裂方向预测木材属胞体生物复合材料!在一定承载范围内可近似视为正交各向异性弹性材料$木材的断裂总是始于裂纹前端的微区!它既是高应力发生区也是微结构起决定影响的地方!这个微区域称为断裂过程区$W S M </S V 等"#7@"#在预测复合材料开裂方向的研究中发现!在距离裂纹尖端一定范围以内"指D 主导区范围内#的任一圆周上!裂纹将沿着圆周上)切向比正应力*最大的方向开裂$按照W S M </S V 等"#7@"#的假定!在任一角度)处沿圆周切线方向的材料强度为%U ))OKP H N %"’P )#SX 3/P %"’P )#&"##切向正应力为%/))O/K S /X %S /K P /X%3/P %)P 1K XP H N%)$"%#式中%K !X 分别为#!%主方向上的材料强度!’为裂纹与第#主方向夹角"图A #!则)切向比正应力*定义为切向正应力与该方向材料强度之比!即%1!O /))U ))!"8#开裂方向即为1!取最大值时的)角方向$图A6裂纹尖端附近的切向正应力示意a H <5A6(00JP 4S 94H /N />4S 9N<M N4H 90N/S ;90P 4S M M P JS S /JNUH N<4LM 3S 93^4H R$##6第#$期邵卓平等%木材裂纹尖端应力场的有限元分析和开裂方向预测裂纹沿着裂尖圆周上)切向比正应力*最大的方向开裂的假说在复合材料中应用得比较成功!因而也被称之为预测复合材料开裂方向的)切向比正应力准则*$这一准则应该也能够适用于近似正交各向异性的木材!为证实这一点!仍取&)F试件在裂纹尖端处奇异单元上各结点"图8#作应力分析!在假设#$$*的荷载作用下!!种试件裂尖奇异元上各结点的应力如表%所示!再按照式"##!"%#和"8#!分别计算得到奇异元上各点处沿圆周切线方向的云杉材料强度U))(切向应力/))以及切向比正应力1!$表DAF种裂纹试件的裂尖奇异元上结点的应力值"载荷为?bb]#和切向比正应力2GB&,C DA)’5($$&/3’&/9(/’-&*/#56&*$’5($$-/’(/$-’04&<’#55&’-#"2G##4$-/9+*&5-’0(*(6(/’&5#+/3<5&<^’-%#44#+5)Q N$&6%*($"H f?bb]#’$n#$n%$n8$n!$n A$n"$n?$n@$n7$n#$$n##$n#%$n#8$n#!$n#A$n#"$n#?$n#@$n /K h X:9#81!@#81"!#!1###!1@7#"1$##?1A7#71@8%81%?%@1@$%71"%##1!#A1#@!1"!A1?%"1!7"1#"!1A8%18%=$1!8 /X h X:981%?81#@%17?%1?$%1!!%1#7#17A#1?%#1!A#18@#1A!#1"$#1A?#1!7#18"#1%$$17"$1"!$1!"1K X h X:9$1$$$1%?$1!7$1"%$1?$$1?#$1""$1!?=$1#"=%1!@=%17"=%1$?=#188=$1@7=$1"7=$1"$=$1A8=$1!A=$18@ 7$n U))7A1A!7%1?@@!1@%?%1"%A?1"A!#1?%%"1?A#!1A!"1A?81@$"1A"#!1A%%"1?%!#1"7A?1"%?%1A7@!1@$7%1??7A1A!/))#81!@#81%8#%1A$##18$71?%?1@A A1@A8178%188#18@$1@%$1"7#1#7%18"81"7!18781??%1#%=$1!8 !$1#!$1#!$1#A$1#"$1#?$1#7$1%%$1%?$18A b@ES$1#8$1$A$1$!$1$"$1$"$1$"$1$!$1$%$1$$ /K h X:9%#1"8%81%7%A1""%71#88!1"!!81@%!?1AA%$17"#$1!?@18?71##71@!718#?1$?!1$A#18"=$17"=%1?%$1?!/X h X:9@1#A?1@"?1A%?1#@"1@?"1A@"1!7?1$A?1!8?1?8?17"@1#!@1%A@1%$?1@$"17?A1@?!1@@!1?@ 1K X h X:9=#1#"=$1?#=$1!#=$1%A=$18%=#1$"=!1!!=A1!!=!1#@=%177=%1#%=#1A8=#1$A=$1A%$1#%$1?!#1#7#1!@#1"8 "$n U))?%1A7A?1"%!#1"7%"1?%#!1A%"1A"81@$"1A?#!1A!%"1?A!#1?%A?1"A?%1"%@!1@%7%1?@7A1A!7%1??@!1@$?%1A7 /))%#1"8%81$?%81@$%81@"%81!@%81$#%$1"$#%1#?@17"?1?8?1%??18A?1"$?1%%A1?#81!#$1"#=#17@$1?!!$18$$1!$$1A?$1@7#1"%81A#G@FD#1@A$1"%$1%7$1#?$1#8$1#$$1$7$1$"$1$!$1$#=$1$%$1$# /K h X:98#18"8@1$A!71"#A?1A?%7178#?1#?#81%7#%1?A#%1"7##1?!718@"1!A!1$!#17!=$1#@=#1A$=#1%#$1%8!1#% /X h X:9#%17$#%1!%##177##1@$#%1!%#%17"#81!"#8178#!18A#!1""#!1"@#!1###%1?##$1"@@1A?"1@8A1!A!1%!!1$A 1K X h X:9$1$$$1%%=$18%=817$=A1!8=!1%A=%1A"=#1@"=$17!=$1$8#1$%%1%A81!"!188!1?A!1@?!1@8!1"#81?" 8$n 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V等"#7@"#的)切向比正应力准则*!可以判断出含有垂直纹理裂纹的木构件!在承载过程中裂纹将沿顺纹方向启裂$通过对含有!种裂纹角的鱼鳞云杉&)X试件的试验结果表明!开裂预测方向与实际开裂方向一致$86对木材界面强度与强韧性的讨论树木经过数亿年的进化形成了特殊的构造!这种构造主要与树冠因受风或雪而引起的弯曲载荷相对应!使树干具有很高的抗横向弯折能力$木材是高度各向异性生物材料!木材组织大部分是轴向排列!其一级细观结构为多胞管状结构!二级细观结构则为纤维增强的多层胞壁结构!彼此间依靠存在于木材中的各种非纤维素成分!以相当有效(但还不是非常有效的方式粘合在一起!使这些界面的强度要比木材在轴向上的强度低得多$这并不是树木经历了数亿年的进化竟然仍不能把它们适当地粘合在一起!而正是这种弱化的界面!使树干增强并具有韧性"邵卓平等!%$$8#$有限元分析表明%不管试件所含裂纹体与木材顺纹理方向夹角如何!在裂尖断裂过程区中同时存在与裂纹表面垂直和平行的拉应力/X!/K!而且在除去裂尖奇异点以外!;;范围内的一个较大区域中!它们的比值/XZ/K几乎是一个常数"表8#!在#‘A之间!这一结果与’//^等"#7"!#的报道一致$再向外!虽然应力比值会增大!但应力值已经很小$不同树种木材裂尖附近区域的/XZ/K比值会因各向异性程度不同而略有变化!但变化不大$本次试验还选择落叶松"E$%+=59"6+)++#和"="7杨"J-:,6,#?"6*-+?##%种木材!在实测了弹性系数后!对其裂尖应力场作相同的有限元分析证实了这一点$为了能更形象地说明木材界面强度与韧性之间###林业科学!"卷6的关系!以含有垂直纹理裂纹的木材试件为例!从裂尖沿裂纹方向向前A ;;的范围内!垂直裂纹方向的拉应力/X 与平行裂纹方向的拉应力/K 的变化趋势如图"所示$由裂纹尖端向外!应力衰减很快!达到一定值后变化平缓!但其比值/X Z /K 几乎是一个常数"除去裂尖奇异点#!在!‘A 之间"表8#$于是!当裂纹尖端前方的拉应力区到达界面时!如果木材的界面强度"横纹拉伸强度#大于轴向强度的#h A !界面就不会裂开!这时裂纹就会穿过界面!木材的力学行为就会和普通脆性固体一样而发生脆断&相反!如果木材的横向强度小于轴向强度的#h A !则由于这个平行裂纹表面的拉应力/K 使界面被拉开!形成一个和原有裂纹相互垂直的新裂纹"图?#$钝化后的裂纹能够消除应力集中!阻止了原裂纹向前扩展!避免了失稳断裂的发生$实际上木材的横纹抗拉强度通常只是顺纹抗拉强度的#h !$‘#h %$"例如云杉木材为#h %A #!所以含裂纹的承载木构件其裂纹通常都是沿顺纹理方向启裂$活体树木在水的渗透下界面间的结合力较干材低!界面间也更易相互滑移!这也是为什么活的树干具有较好的柔韧性并在受到野兽啃咬或刀斧砍伤后仍具有很高的抗折断能力的原因$图"6裂尖正前方与垂直裂纹面张应力/X 和平行裂纹面张应力/K 的分布趋势a H <5"6+LM UH P 4S H TJ4H /N />4M NP H 0M P 4S M P P RM S RM NUH 3J09S 4/3S 93^"/X #9NU 4M NP H 0M P 4S M P P R9S 900M 04/3S 93^"/K #>S /;3S 93^4H R 4/JR 图?6木材界面阻止裂纹横纹扩展示意a H <5?6(00JP 4S 94H /N />Z //U H N4M S >93M 9S S M P 43S 93^P RS M 9UH N<93S /P P 4LM <S 9H N66通过界面控制来提高材料强韧性能的原理已在人工复合材料的设计中得到很好的应用$复合材料中的界面结构与性质直接影响着材料的整体性能!研究指出"许金泉!%$$"&沈观林等!%$$"#!要提高复合材料的强度与韧性!应采用低结合力(易解离以及塑性好的界面!因为低结合应力有利界面的滑移而使复合材料整体表现出较好的塑性!并有利裂纹沿界面扩展而不向基体中扩展!而塑性好的界面有利于消除应力集中$所以!研究界面的形成过程(界面性质(应力传递行为对宏观性能的影响规律!从而有效地进行控制!是获得高性能复合材料的关键$目前!关于界面的脱粘和失效的数值模拟是材料学科中的重点研究内容!而且绝大部分工作是在细观力学有限元的基础上展开的$表EA 裂尖正前方F 66范围内的应力比"!I J !>#B &,C EAB "($’5($$5&’-#"!I J !>##4&5(&>-’"-/F 6645#6<5&<^’-%’#+%裂尖距D H P 49N3M >S /;3S 93^4H R h ;;$$1$$?8$1$A $1#$$1#A $1%$$1%A $18$$18A $1!$$1!A $1A$$1AA $1"$$1"A 7$n71@#!18!!1#%!1%8!1%"!1%"!1%?!1%?!1%?!1%?!1%?!1%?!1%@!1%@!1%@’"$n A1##%1?A %1"A %1"$%1A@%1A"%1A!%1A%%1A$%1!@%1!"%1!!%1!%%1!#%1878$n 81A@%18@%1!8%18?%18!%18!%18%%18#%18$%1%7%1%@%1%?%1%"%1%A %1%!$n%1?881"#!187!1A$!1A$!1A%!1A8!1A!!1AA !1A?!1A@!1A7!1"#!1"%!1"8裂尖距D H P 49N3M >S /;3S 93^4H R h ;;$1?$$1?A $1@$$1@A $17$$17A #1$$#1%$#1!$#1"$#1@$%1$$%1A$81$$!1$$7$n!1%@!1%7!1%7!1%7!1%7!18$!18$!18%!18!!18"!18@!1!#!1A$!1"%A1$!’"$n %18?%18A %188%18%%18$%1%@%1%"%1#7%1#%%1$A #17@#17##1?%#1A%#1$78$n %1%8%1%#%1%$%1#7%1#@%1#?%1#"%1##%1$"%1$%#17?#17%#1?7#1""#187$n!1"A!1""!1"?!1"@!1?$!1?#!1?%!1??!1@8!1@@!17!A1$$A1#?A18?A1@7%##6第#$期邵卓平等%木材裂纹尖端应力场的有限元分析和开裂方向预测!6结论通过对裂纹体与木材纹理成不同角度的&)F试件的有限元分析可知%##无论裂纹体方向如何!在除去裂尖奇异点以外的一个较大区域中!垂直原裂纹面的拉应力/X 与和平行原裂纹面的拉应力/K的比值/X Z/K几乎是一个常数!在#‘A之间&%#若以裂尖为中心作径向平面!裂纹体试件的最大X H P M P应力所在的径向线均沿着木材的顺纹理方向& 8#裂尖附近任一圆周上的切向比正应力1!均在顺纹方向上最大!理论预测和试验均表明裂纹将沿顺纹方向启裂&!#木材的强韧性与其弱界面强度有关$参考文献国家标准局5#7@!5金属材料平面应变断裂韧度D(’试验方法"W F !#"#=@!#5北京%中国标准出版社5国家标准局5#77#95木材顺纹抗拉强度试验方法"W F#78@=7##5北京%中国标准出版社5国家标准局5#77#T5木材横纹抗拉强度试验方法"W F h+#!$#?= 7%#5北京%中国标准出版社5邵卓平!江泽慧!任海青5%$$%5线弹性断裂力学原理在木材中应用的特殊性及木材顺纹理断裂5林业科学!8@""#%##$=##A5邵卓平!任海青!江泽慧5%$$85木材横纹理断裂及强度准则5林业科学!87"##%##7=#%A5邵卓平!陈6品!查朝生!等5%$$75木材损伤断裂过程的声发射特征与a M0H3H4V效应5林业科学!!A"%#%@"=7#5沈观林!胡更开5%$$"5复合材料力学5北京%清华大学出版社5许金泉5%$$"5界面力学5北京%科学出版社5’//^G!W/S U/N G)!)[9NP’’!"*$65#7"!5,;M3L9NH P;>/S4LM 3/N4S/0/>3S93^RS/R9<94H/N H N900Y TS H440MP V P4M;P5:S/3I/V&/3!,%@%%A$@=A%$5W S M</S V X,!\M S9^/[H3L’+5#7@"5:S M UH34H N<3S93^<S/Z4L UH S M34H/NH N JNH UH S M34H/N903/;R/P H4M P5G’/;R X94M S!%$"##%"?=@A5E9NNH NM N X a!I V TH3^H)a!F S H NP/N\a5#7??5,3S H4H3900//^94 3JS S M N49RR0H394H/NP/>;M3L9NH3P4/4LM>9H0JS M/>>H TS M Y S M H N>/S3U 3/;R/P H4M P5’/;R/P H4M P!@"##%#?=%%5E/00;9NN a a:!’94Mi,5#7"@5:S H3H R0M P/>Z//U P3H M N3M9NU 4M3LN/0/<V5(5&/0H U Z//U5&RS H N<M S Y.M S09<M*M ZO/S^5&H L W’!:S9H P:’!(S Z H N W I5#7"A52N3S93^PH N S M34H0H NM9S0V 9NH P/4S/RH3T/UH M P5(N4M S N94H/N90G/JS N90/>a S934JS M!#"8#%#@7 =%$85iJ)X5#7"?5,RR0H394H/N/>>S934JS M;M3L9NH3P4/9NH P/4S/RH3R094M P5 G/JS N90/>,RR0H M U X M3L9NH3P!8!"!#%7"?=7?!5!责任编辑6石红青"8##。
三维表面裂纹应力强度因子参数敏感性有限元分析赵慧;赵玮;宋磊;刘伟【期刊名称】《郑州航空工业管理学院学报》【年(卷),期】2024(42)3【摘要】三维表面裂纹是许多工程结构中普遍存在的一种缺陷,无论是在损伤容限设计或缺陷评估阶段,人们都要求对裂纹的应力强度因子进行精确的估计,这一参量对裂纹的预测和剩余疲劳寿命的估计起到至关重要的作用。
借助有限元软件Abaqus和断裂力学软件Franc3d建立三维半椭圆表面裂纹实体模型,依据断裂力学相关知识,采用M-积分法,对含有表面裂纹的模型进行数值模拟,研究了模型在不同裂纹形状比(a/b=1.5、1.36、1.25和1.15)以及裂纹倾角(θ=0°、15°、30°和45°)下的裂纹扩展情况和应力强度因子参数敏感性。
主要研究内容与结论如下:裂纹形状比a/b越大,应力强度因子越小,应力强度因子分布形貌由“凹”向“凸”转变;裂纹倾角达到0°时,裂纹深处应力强度因子最大,裂纹更容易扩展,随着裂纹倾角(0°、15°、30°和45°)的增大,应力强度因子逐渐减小。
【总页数】8页(P18-25)【作者】赵慧;赵玮;宋磊;刘伟【作者单位】西安航空学院飞行器学院;太原国际机场有限责任公司通信导航室;山西太钢不锈钢股份有限公司炼钢二厂【正文语种】中文【中图分类】V215.6【相关文献】1.T型管节点表面裂纹应力强度因子的全三维有限元分析2.埋头紧固件椭圆形表面裂纹应力强度因子的三维有限元分析3.含表面半椭圆裂纹板裂纹尖端应力强度因子的三维光弹分析4.CD350套管吊卡应力场三维有限元分析及危险截面上裂纹应力强度因子求解5.SL450水龙头中心管螺纹齿根表面裂纹应力强度因子三维有限元分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
