两条裂纹的权函数及其在多位置损伤分析中的应用

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飞机结构的多位置损伤(Multiple site damage,MSD)严重降低了飞机结构的疲劳裂纹扩展寿命和剩余强度,危害飞机结构安全。因飞机结构发生多位置损伤导致了多起灾难性事故。如何高效、可靠地获得飞机结构多位置损伤的裂纹尖端应力强度因子和张开位移等断裂参数是疲劳裂纹扩展与剩余强度分析的关键。两条共线裂纹是多位置损伤中常见的裂纹构型。本文主要推导了两条共线裂纹的权函数,采用权函数法可高效、可靠地获得裂纹尖端应力强度因子。本文应用无限板两条裂纹的权函数,分析了含两条裂纹加筋板的应力强度因子,为多位置损伤分析提供有力的方法和工具。本文主要开展的工作和结论如下:(1)推导了无限大平板上两条不等长裂纹的精确权函数。当裂纹长度相等时,该权函数可退化为已有两条等长共线裂纹的权函数;当裂纹不等长时,采用有限元法获得的权函数与本文给出的权函数几乎一样,相对差别在0.3%之内。(2)采用本文给出的精确权函数计算了几种不同受载条件下两条裂纹的应力强度因子与裂纹张开位移。计算结果与已有文献或有限元解进行对比验证,结果表明本文给出的解准确可靠。(3)基于无限板两条裂纹的权函数和权函数法给出了分析含两条裂纹加筋板的应力强度因子近似方法。通过有限元分析验证该近似方法的精度,分析结果表明:对于大部分情况,采用该近似方法获得加筋板两条共线裂纹的应力强度因子与有限元结果相差在6%之内。然而,本文近似方法的计算效率远高于有限元法,进而为飞机结构多位置损伤分析提供有力的方法和工具。
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