本文通过对疲劳裂纹扩展数值模拟方法的研究,为裂纹体有限元建模的参数选择提供依据,同时,结合两自由度模型计算了裂纹应力强度因子及裂纹增量的疲劳扩展,从而实现了对裂纹疲劳扩展的数值模拟技术。并取得了良好的实际效果。 本文数值模拟技术的主要内容体现于以下四个方面: 1.考虑到裂纹尖端处的应力奇异性,在利用有限元方法计算平板表面裂纹的应力强度因子时,裂尖区域采用三维四分之一分点20节点等参退化奇异单元。文中研究了裂纹前缘第一层单元的边长L与裂纹深度a之比L/a、围绕裂纹前缘的单元层数R以及每层单元划分的份数m(网格疏密)对计算结果的影响,并用无因次化的形状系数Y表示应力强度因子,分析结果与Newman-Raju公式计算结果基本相近。 2.为了进一步探明三维表面裂纹在疲劳载荷下的扩展规律,本文对等幅拉伸载荷作用下三维表面疲劳裂纹扩展过程中其形状的变化规律进行了理论推导和有限元计算,获得了一种推导疲劳裂纹扩展过程中裂纹形状的有效方法。 3.实际工程的结构中,裂纹多处于复合型状态,因此复合型裂纹断裂的理论研究有着更为重要的理论意义和实用价值。在复合加载状况下裂纹的扩展方向如何,对于Ⅰ-Ⅲ型的复合加载,裂纹扩展方向是沿着原裂纹线方向扩展的,即这种加载状况与Ⅰ型相同,对此问题大家已经研究很透彻。对于Ⅰ-Ⅱ型复合加载,裂纹扩展方向不再是沿着原裂纹线方向扩展,本文利用ansys有限元软件模拟Ⅰ-Ⅱ型复合加载裂纹扩展路径。 4.利用本文的裂纹体有限元模型计算焊接结构表面裂纹的应力强度因子,研究焊接结构几何参数对应力强度因子的影响,对于提高焊接结构疲劳强度有重要意义。