[發明專利]一種表面裂紋擴展形狀的計算方法

在審

• 申請號: 201611024353.0
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN106777484A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 賀利樂;王興路
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京商專永信知識產權代理事務所(普通合伙)11400
• 代理人: 葛強,黃謙

技術領域

本發明涉及一種形狀計算方法，特別地涉及一種表面裂紋擴展形狀的計算方法。

背景技術

由于加工因素的影響，在材料或結構表面極易形成微小表面裂紋，工程結構中常出現的穿透裂紋斷裂現象主要是由初始的微小表面裂紋逐漸擴展導致的，材料或結構中的表面裂紋在外載荷連續作用下，表面裂紋將呈半橢圓狀向前擴展，表面裂紋的出現嚴重影響著服役材料和結構的工作強度和使用壽命。表面裂紋隱藏在材料或結構內部，采用目前的檢測手段可以獲得材料或結構外表面的裂紋長度，對于裂紋內部形狀及大小獲取比較困難。目前對表面裂紋擴展形狀預測多基于實驗數據和經驗，缺少理論的支持。

發明內容

針對現有技術存在的上述缺陷，本發明要解決的技術問題是從理論角度分析復雜結構的表面裂紋擴展，提供一種表面裂紋擴展形狀的計算方法。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種表面裂紋擴展形狀的計算方法，其包括以下步驟：

S1，確定材料或結構形狀對裂紋處應力強度因子影響系數；

S2，分別計算表面裂紋表面點與尖點的應力強度因子；

S3，分別計算表面裂紋表面點與尖點的能量釋放率；

S4，計算有效能量釋放率；

S5，基于能量釋放率理論建立函數關系；

S6，求解表面裂紋形狀參數a與c的關系，確定表面裂紋擴展過程中的形狀變化。

作為優選，所述步驟S1中，確定材料或結構形狀對計算表面裂紋應力強度因子的影響系數M_K由表面裂紋所在位置的結構形式確定。

作為優選，所述步驟S2中，分別計算表面裂紋上表面點(C點)與尖點(A點)的應力強度因子K_C和K_A，其中，在計算應力強度因子K_C和K_A時采用下述公式：外載荷在裂紋處產生的I型應力強度因子為：式中：σ_t為拉伸應力，σ_b為彎曲應力，a/c為裂紋縱橫比，a/B為裂紋深度比，W為板寬，為表面裂紋參數角，Φ為半橢圓積分，

作為優選，所述的計算方式為：

式中：

作為優選，所述步驟S3中，分別計算表面裂紋上表面點(C點)

與尖點(A點)的能量釋放率G_A和G_C；其中，式中，

E為材料彈性模量，υ為泊松比。

作為優選，所述步驟S4中，考慮裂紋擴展過程中的裂紋閉合影響，分別計算表面裂紋上表面點(C點)與尖點(A點)的有效能量釋放率G_Aeff和G_Ceff；

式中，U表示裂紋擴展過程中裂紋閉合效應的影響，半橢圓裂紋表面點C處的張開比與尖點A處的張開比比值近似為0.9，因此，表面裂紋研究計算過程中取U_C/U_A＝0.9。

作為優選，所述步驟S5中，基于能量釋放率理論，假設表面裂紋上沿各點處能量釋放率相等，建立表面裂紋上表面點(C點)與尖點(A點)處能量釋放率關系G_Aeff＝G_Ceff。

作為優選，所述步驟S6中，根據所建立的函數關系求解半橢圓表面裂紋參數a與c關系，即可確定表面裂紋擴展過程中的形狀變化。

本發明涉及的表面裂紋擴展形狀的計算方法從理論角度提出一種表面裂紋擴展形狀計算方法，對材料和結構損傷評估提供技術支持。

附圖說明

圖1是本發明的實施例中涉及的平板的示意圖；

圖2是本發明涉及的表面裂紋擴展形狀的計算方法的步驟示意圖；

圖3是本發明涉及的表面裂紋擴展形狀的計算方法的效果示意圖；

圖4是本發明涉及的表面裂紋擴展形狀的計算方法的效果示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細描述，但不作為對本發明的限定。