基于三維有限元解的緊湊拉伸試樣應力強度因子計算公式

賈 旭，胡緒騰，宋迎東

(南京航空航天大學能源與動力學院，江蘇省航空動力系統重點實驗室，

機械結構力學及控制國家重點實驗室， 南京 210016)

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基于三維有限元解的緊湊拉伸試樣應力強度因子計算公式

賈 旭，胡緒騰，宋迎東

(南京航空航天大學能源與動力學院，江蘇省航空動力系統重點實驗室，

機械結構力學及控制國家重點實驗室， 南京 210016)

摘要：對標準緊湊拉伸(CT)試樣的二維和三維應力強度因子有限元解進行了對比分析，基于三維有限元虛擬裂紋閉合法擬合了一種新的標準CT試樣的應力強度因子計算公式，并采用ANSYS軟件內嵌位移外推法進行了驗證。結果表明：基于二維分析所得的應力強度因子計算公式計算結果與實際三維CT試樣的具有較大的差異；在加載孔等效分布力一定的條件下，CT試樣裂紋前沿大部分區域的應力強度因子與中心點的相近，且與厚度無關；擬合得到的三維CT試樣裂紋前沿中心點的應力強度因子計算公式具有很高的精度，其計算結果與ANSYS軟件內嵌位移外推法的相對誤差在0.5%以內。

關鍵詞：三維分析；CT試樣；應力強度因子；有限元法

0引言

為提高航空發動機的安全性，20世紀80年代以來損傷容限設計已逐漸成為國內外航空發動機輪盤等關鍵件的重要設計準則之一[1-2]。損傷容限設計的關鍵是對以斷裂為主要破壞形式的關鍵件進行裂紋擴展分析，而裂紋擴展分析的基礎是應力強度因子的計算。

工程中普遍采用標準緊湊拉伸(CT)試樣進行試驗來建立材料裂紋擴展速率模型、確定材料斷裂韌性。……