孔邊應(yīng)力集中和裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的有限元分析

1、第!第#期"卷!$!年!月交通科學(xué)武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)%與工程版&()*+,-(./)0,+1+234*5267(.8490+(-(:78*,+5;(*6,62(+<924+94=>+:2+44*2+:&%?(-!"A(#B4C!$!孔邊應(yīng)力集中和裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的有限元分析D&&&&尹奇志#肖金生#呂運(yùn)冰!李格升#&武漢理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院#武漢%&武漢理工大學(xué)交通學(xué)院!武漢FG$"G&%FG$"G&摘要H應(yīng)用IA<圓孔板孔邊裂紋進(jìn)行了有限元分J&l

2、t;軟件對(duì)圓孔板的應(yīng)力集中以及平板中心裂紋K析計(jì)算了圓孔平板在單向或雙向受力下的應(yīng)力分布以及中心裂紋K孔邊裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子L并與理論解進(jìn)行了比較L其IA<J<解與解析解均比較接近關(guān)鍵詞H裂紋M有限元M斷裂力學(xué)M應(yīng)力分布M應(yīng)力強(qiáng)度因子中圖法分類號(hào)H#!O8N$引言#圓孔板的孔邊應(yīng)力集中分析SS單向受力圓孔平板的應(yīng)力分布所示L正方形平板中SSS計(jì)算模型如圖#&,心有一圓孔L圓孔半徑TU!VVL正方形邊長(zhǎng)為O厚度為OVVL彈性模量為!#$VVLW#$LXY,泊松比為$在正方形左右兩邊加一Z方向均G布拉力L其集度為U#$XY,應(yīng)用IA<過(guò)程如下H將組J<對(duì)其進(jìn)行計(jì)算L

3、成圓孔的四條線段每條分成"四邊形每條$等份L邊分成F再采用六節(jié)點(diǎn)平面三角形單元$等份L網(wǎng)格劃分好后L%&進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分YIA>!對(duì)正方形左邊中間節(jié)點(diǎn)的方向以及左邊所有節(jié)點(diǎn)Z方向進(jìn)行約束對(duì)正方形右邊所有節(jié)點(diǎn)L運(yùn)用IA<選項(xiàng)進(jìn)行加載由于_J<中的Y*455)*4物體表面的內(nèi)法線方向?yàn)檎齃故載荷密度值為其網(wǎng)格劃分K約束與加載見(jiàn)圖#加&#$XY,C載完成后L對(duì)該模型進(jìn)行計(jì)算SSa結(jié)果及分析利用IA<J<的通用后處理器Y可得到圓孔b<8#對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析L平板Z方向的應(yīng)力分布與方向的應(yīng)力分布圖L如圖!所示由圖!可見(jiàn)LcZ在圓孔的上端和下端

4、有最大在機(jī)械工程中L有的工件在設(shè)計(jì)過(guò)程中其結(jié)另外L金屬構(gòu)件由于環(huán)境影響在構(gòu)自身含有孔洞L制造K運(yùn)輸或使用過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生微小的缺陷和裂紋這些孔洞K缺陷和裂紋在外界載荷作用下通常會(huì)引起其周圍區(qū)域%特別是裂紋尖端&的應(yīng)力集#Q中L進(jìn)而使工件或容器失效P對(duì)于孔洞以及裂紋的應(yīng)力集中問(wèn)題L目前分析的方法較多主要分為實(shí)驗(yàn)法和數(shù)值計(jì)算法實(shí)!Q驗(yàn)主要采用光測(cè)法P但其費(fèi)用高K較復(fù)雜L而且L難以達(dá)到很高精確度數(shù)值法目前主要運(yùn)用權(quán)函GRFQ數(shù)法K邊界元法K有限元法P等L其中有限元法應(yīng)用較為廣泛IA<J<軟件是一種有限元分析計(jì)算軟件L它能較好地計(jì)算孔洞以及裂紋周圍區(qū)域的應(yīng)力分布L并能計(jì)算裂紋的應(yīng)力強(qiáng)

5、度因子K積分以及能量釋放率等L其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單K經(jīng)濟(jì)L而且精度高應(yīng)用IA<J<軟件對(duì)圓孔板的應(yīng)力集中以及中心裂紋K圓孔孔邊裂紋板進(jìn)行了有限元分析計(jì)算了圓孔平板在單向和雙向受力下的應(yīng)力分布以及中心裂紋K圓孔孔邊裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子L并與理論解進(jìn)行了比較E收稿日期H!$#$!尹奇志H男L碩士生L主要研究領(lǐng)域?yàn)橐夯瘹馊萜靼踩珕?wèn)題!O歲LD湖北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)H及交通部重點(diǎn)項(xiàng)目%批準(zhǔn)號(hào)H資助%!$#!d&dOe$"e$!e!$&卷由于應(yīng)用QRS為TS得到的是%&和N&了便于QRS將極坐標(biāo)公TS解與解析解的比較式D轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯亲鴺?biāo)公式應(yīng)力分量由極

6、坐標(biāo)向$"-H直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的公式為G:)%J%7:%KLMFMOPFNMOPFKLMF&EFEF:)%J%7:%MOPFKLMFNKLMFMOPFEFEF:D:")D7%"JND7M"N%MOPFKLMFKLMFOPF&EFEF選取&軸正半軸和軸正半軸上的節(jié)點(diǎn)作:G$7:HJKG$7:HG$:HLMF:EEE:3$J:H)G7K:G$3H%LMFF:EE:)7MG$7:HG$:HNOPFEF:EE為比較點(diǎn)應(yīng)用QRSTS求得這些節(jié)點(diǎn)&方向和再運(yùn)用圓孔平板應(yīng)力的理論公式方向的應(yīng)力+D$"和極坐標(biāo)向直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換公式D

7、求得這些D$":"節(jié)點(diǎn)&方向和方向的應(yīng)力+選取&軸正半軸上所有節(jié)點(diǎn)并繪制這些節(jié)第,期尹奇志等_孔邊應(yīng)力集中和裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的有限元分析DQ點(diǎn)!方向和"方向的應(yīng)力曲線#見(jiàn)圖$由圖$可%見(jiàn)#對(duì)于單向受力的圓孔平板#其應(yīng)力分布的&()(解與解析解能很好地吻合%*%+雙向受力圓孔平板的應(yīng)力分布模型#在其左右和上下同時(shí)施加等對(duì)圖,.-值拉力#其集度為/同樣#當(dāng)40,1123#56時(shí)#-取6其上任意一點(diǎn)89的應(yīng)力分布的解701#.4:;=>析表達(dá)式為<?:0<,A67:>#?<,B67:>#C;0:;01該數(shù)值

8、解與其解析解也能很好布的&()(解#地吻合%平板中心裂紋尖端應(yīng)力分析+%*數(shù)學(xué)模型如圖D所示#邊長(zhǎng)為,厚為=EE.11EE#-的正方形平板中心有一裂紋#裂紋長(zhǎng)度0,1F彈性模量為泊松比為%1G1$HI,1=23#EE#-外力集度為/1%JJ#0,1123%-利用模型的對(duì)稱性#取模型的,7D進(jìn)行分析%9$.同樣可得圓孔平板在雙向受拉力時(shí)的應(yīng)力分那么在裂紋尖端的第一排單,#元也應(yīng)該具有奇異性#采用六節(jié)點(diǎn)平面單元進(jìn)行分析#圍繞裂紋尖端取若干該種9.3M&N單元構(gòu)成奇異區(qū)#圖D為裂紋尖端網(wǎng)格圖%.K網(wǎng)格劃分好后#對(duì)所取的,7D模型左邊所有節(jié)點(diǎn)的!方向以及下邊裂紋尖端以右的所有節(jié)點(diǎn)的&q

9、uot;方向進(jìn)行約束#對(duì)模型上邊所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加載#載荷值為A,1123%-+%+結(jié)果及分析由&()(算得其應(yīng)力強(qiáng)度因子為OP0根據(jù)應(yīng)力強(qiáng)度因子手冊(cè)#該類型裂紋平板$JQ%J=%H>的應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算公式為<的正方形平板中心有一圓孔#其半徑60EE#F彈性模量為泊松%1G1$HI,1=23#0,1EE#-比為1承受單向均布正應(yīng)力#其大小/%JJ#0,11在與/作用線垂直的直徑兩端的孔邊有裂#23-紋#裂紋長(zhǎng)度為FA60$EE%同上#利用模型的對(duì)稱性#取模型的,7D進(jìn)行分析%其網(wǎng)格劃分方式同圖=為裂紋尖%,條%.K端的網(wǎng)格圖%對(duì)所選取的裂紋板左邊所有節(jié)點(diǎn)的!方向和下邊裂紋尖端

10、以右的所有節(jié)點(diǎn)的"方向進(jìn)行約束%對(duì)裂紋板上邊緣上所有節(jié)點(diǎn)運(yùn)用選項(xiàng)進(jìn)行加載#載荷值為&()(中的V3WXYYZWXA,1123%-U%+結(jié)果及分析利用&()(的通用后處理器3(,對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析#可得到裂紋板裂紋周圍的應(yīng)力<H>強(qiáng)度因子為D其理論值公式同式9對(duì)11%GG%D.%于圖=中模型#因子R故由式9可計(jì)算0,%1G#D.OP0R/9D.式中#對(duì)于圖D所示的中心裂紋#因子R故由0,#上式可計(jì)算得O,0$QH%$#&()(計(jì)算所得的%H$T%OP值的相對(duì)誤差為,$圓孔板孔邊裂紋應(yīng)力集中分析U%*計(jì)算模型如圖=所示#在邊長(zhǎng)為,厚為=EE.11EE#

11、-得OP0D1G%1$#&()(計(jì)算所得的OP值的相對(duì)誤差為%DQT%同上應(yīng)用&()(算得該模型雙向受力時(shí)孔邊裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子為$通過(guò)查表可得JD%,=%<H>其對(duì)應(yīng)的因子R代入式9計(jì)算得OP01%QJG#D.0$Q,%,J#&()(計(jì)算所得的值的相對(duì)誤差為卷!"#$%"比較圓孔平板單向受力和雙向受力的應(yīng)力強(qiáng)度因子可以看出當(dāng)圓孔平板受到等值的單向受力和雙向受力時(shí)&其單向受力的應(yīng)力強(qiáng)度因子大于孔邊應(yīng)力集中和裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的有限元分析作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次數(shù)：尹奇志， 肖金生， 呂運(yùn)冰， 李格升

12、尹奇志,肖金生,李格升(武漢理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,武漢,430063)， 呂運(yùn)冰(武漢理工大學(xué)交通學(xué)院,武漢,430063)武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版)JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY(TRANSPORTATION SCIENCE &ENGINEERING)2002，26(1)16次1.高慶 工程斷裂力學(xué) 19882.唐新成.趙明.劉元杰 管節(jié)點(diǎn)表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子研究 1996(06)3.吳學(xué)仁 有限板孔邊裂紋的權(quán)函數(shù)解法期刊論文-航空學(xué)報(bào) 1989(12)4.王啟智 利用邊界元計(jì)算平面復(fù)合形裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的雜交法 1

13、992(05)5.徐芝綸 彈性力學(xué) 19826.中國(guó)航空研究院 應(yīng)力強(qiáng)度因子手冊(cè) 19811.期刊論文 王清遠(yuǎn).劉永杰.曾祥國(guó).丁軍.WANG Qingyuan.LIU Yongjie.ZENG Xiangguo.DING Jun 多裂紋相互作用下混凝土斷裂參量的有限元數(shù)值分析 -四川建筑科學(xué)研究2006,32(6)基于虛擬裂紋閉合技術(shù)(VCCT),采用有限元分析方法對(duì)具有預(yù)制中心裂紋的三點(diǎn)彎曲混凝土梁的能量釋放率G和應(yīng)力強(qiáng)度因子K進(jìn)行了分析計(jì)算,應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算結(jié)果和相關(guān)的理論結(jié)果具有較好的一致性,驗(yàn)證了該方法的有效性.然后,考慮2條對(duì)稱的副裂紋,分析計(jì)算了混凝土梁的副裂紋長(zhǎng)度對(duì)主裂紋應(yīng)力

14、強(qiáng)度因子的作用效果,獲得了副裂紋長(zhǎng)度對(duì)主裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響規(guī)律.最后,固定主裂紋和副裂紋的長(zhǎng)度,改變副裂紋的位置,在多裂紋相互作用下,對(duì)混凝土梁副裂紋與主裂紋之間的相對(duì)位置對(duì)主裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響進(jìn)行了計(jì)算,得出了副裂紋位置變化對(duì)主裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響規(guī)律.該數(shù)值方法的建立,對(duì)處理和計(jì)算混凝土的多裂紋斷裂問(wèn)題具有較好的工程應(yīng)用前景.2.學(xué)位論文 彭靜美 溫度場(chǎng)作用下斷裂過(guò)程區(qū)有限元分析研究 2006帶裂紋體受溫度場(chǎng)和一般荷載共同作用是工程中常見(jiàn)的問(wèn)題。但由于結(jié)構(gòu)性能和溫度場(chǎng)的模擬都很復(fù)雜，目前對(duì)于這種情況的研究還很少?；炷敛牧暇哂袠O其復(fù)雜的物理力學(xué)性能，使結(jié)構(gòu)的性能變得更為復(fù)雜。在混

15、凝土裂縫失穩(wěn)擴(kuò)展前，裂紋尖端存在著一帶軟化特性的、粘結(jié)力隨張開(kāi)位移的增大而減小的斷裂過(guò)程區(qū)。在應(yīng)用有限元方法分析混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，通常不考慮斷裂過(guò)程區(qū)內(nèi)混凝土內(nèi)力的傳遞，而且在混凝土裂縫的處理上，很少采用斷裂力學(xué)的方法?；炷两Y(jié)構(gòu)內(nèi)，它的裂縫可能出現(xiàn)多條，并且裂縫的位置和方向不能預(yù)先知道，若用斷裂力學(xué)的有限元分析方法是非常復(fù)雜的。當(dāng)前，斷裂力學(xué)研究比較多的是單一裂縫的發(fā)展，對(duì)于處理成批的裂縫還有許多工作要做。本文引入斷裂過(guò)程區(qū)的概念，對(duì)帶單一裂縫的混凝土構(gòu)件在穩(wěn)定溫度場(chǎng)作用下的斷裂問(wèn)題進(jìn)行有限元分析，主要研究?jī)?nèi)容如下：(1)建立帶裂縫混凝土構(gòu)件模型，把求溫度場(chǎng)對(duì)混凝土的作用轉(zhuǎn)化為求解混凝土的溫度分

16、布和溫度應(yīng)力。先在混凝土構(gòu)件的邊界上施加溫度，根據(jù)規(guī)定溫度梯度或材料導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算溫度分布，從而可以求得溫度應(yīng)力。(2)由虛擬裂紋模型和Duan-Nakagawa模型可知，裂紋尖端的斷裂過(guò)程區(qū)實(shí)際上仍然有一定的應(yīng)力傳遞，會(huì)對(duì)裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生影響。根據(jù)直線形的混凝土拉應(yīng)變軟化曲線，在斷裂過(guò)程區(qū)各節(jié)點(diǎn)上設(shè)置無(wú)質(zhì)量、無(wú)長(zhǎng)度、剛度隨節(jié)點(diǎn)位移呈非線性變化的虛擬彈簧，用彈簧來(lái)模擬混凝土斷裂過(guò)程區(qū)應(yīng)力的傳遞。以混凝土的抗拉強(qiáng)度f(wàn)<,t>和臨界裂紋尖端張開(kāi)位移(CTOD<,C>)作為控制參數(shù)，結(jié)合有限元法，對(duì)混凝土在溫度場(chǎng)作用下斷裂的全過(guò)程進(jìn)行了模擬。(3)對(duì)大型程序軟件Ansys進(jìn)行二次開(kāi)

17、發(fā)，用逐級(jí)加載的方式模擬混凝土板構(gòu)件在溫度場(chǎng)作用下的斷裂過(guò)程，得到了構(gòu)件荷載一位移曲線和裂紋尖端的變化情況，反映了溫度場(chǎng)對(duì)裂縫擴(kuò)展的影響。另外，還對(duì)帶一單邊裂紋的簡(jiǎn)支梁和兩端固定混凝土梁在穩(wěn)定溫度場(chǎng)作用下裂縫尖端附近的受力情況進(jìn)行了比較，進(jìn)一步說(shuō)明溫度場(chǎng)對(duì)有缺陷結(jié)構(gòu)的影響不容忽視。從帶裂縫混凝土結(jié)構(gòu)斷裂模型建立到有限元分析，本文較為系統(tǒng)的對(duì)斷裂過(guò)程進(jìn)行了理論和實(shí)踐上的研究。有限元計(jì)算結(jié)果也表明了本文模型對(duì)于實(shí)際的工程設(shè)計(jì)具有一定參考價(jià)值。3.期刊論文 黃其青.謝偉.Huang Qiqing.Xie Wei 基于有限元重合網(wǎng)格法的等大共面的三維表面裂紋交互因子研究 -西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2009,2

18、7(1)有限元重合網(wǎng)格法是一種發(fā)展中的簡(jiǎn)單、可行的多尺度有限元分析方法,文中將該方法擴(kuò)展應(yīng)用于分析三維線彈性斷裂力學(xué)多裂紋問(wèn)題.詳細(xì)地介紹了有限元重合網(wǎng)格法在多裂紋問(wèn)題中的基本原理,并以受遠(yuǎn)端均勻拉伸應(yīng)力作用的含2個(gè)等大共面的半橢圓表面裂紋的有限寬有限厚板為例,用該方法計(jì)算分析三維多裂紋交互因子,同時(shí)詳細(xì)討論了結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)、裂紋形狀參數(shù)、相對(duì)裂紋位置和裂紋前沿位置對(duì)裂紋交互因子的影響.4.學(xué)位論文 常旭 層狀巖層裂紋飽和現(xiàn)象的數(shù)值模擬研究 2004層狀巖層的裂紋飽和現(xiàn)象是自然界一種非常普遍的現(xiàn)象，同時(shí)也是地質(zhì)工程界和采礦工程界的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。由于巖層的裂紋飽和現(xiàn)象是地質(zhì)活動(dòng)在非常復(fù)雜的條件下長(zhǎng)

19、期演變的結(jié)果，所以很難在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究和重現(xiàn)。對(duì)于巖層裂紋飽和現(xiàn)象的研究，絕大多少的研究工作者僅停留在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得數(shù)據(jù)的分析上或者一些不完善的理論假說(shuō)上。本文基于有限元程序?qū)訝顜r層的裂紋飽和現(xiàn)象進(jìn)行分析，并得出了裂紋從產(chǎn)生到飽和的過(guò)程，進(jìn)一步分析了裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展規(guī)律，主要內(nèi)容如下：1.介紹了地質(zhì)工程中存在的層狀巖層的裂紋飽和現(xiàn)象；概述了國(guó)內(nèi)外層狀巖層裂紋飽和現(xiàn)象的研究現(xiàn)狀。2.應(yīng)用有限元計(jì)算軟件，建立一個(gè)三層的層狀巖層的模型，首先在模型的中間巖層中引入四條裂紋，通過(guò)改變裂紋的間距來(lái)觀察相鄰裂紋之間的應(yīng)力分布隨裂紋間距的變化而變化的情況。研究發(fā)現(xiàn)相鄰裂紋之間的應(yīng)力分布隨裂紋間距的不斷減小經(jīng)歷了

20、一個(gè)從拉應(yīng)力狀態(tài)到壓應(yīng)力狀態(tài)的變化過(guò)程。相鄰裂紋之間的應(yīng)力狀態(tài)的轉(zhuǎn)變解釋了層狀巖層產(chǎn)生裂紋飽和狀態(tài)的原因。通過(guò)非均勻性的引入，研究了巖層的非均勻性對(duì)巖層中應(yīng)力分布的影響。數(shù)值模擬的結(jié)果再現(xiàn)了層狀巖層從裂紋產(chǎn)生到裂紋飽和的全過(guò)程；并給出了裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展規(guī)律。3.改變模型的邊界條件，發(fā)現(xiàn)層狀模型在垂直方向上受到了壓應(yīng)力作用下，相鄰裂紋之間的應(yīng)力分布同樣經(jīng)歷了一個(gè)從拉應(yīng)力狀態(tài)到壓應(yīng)力狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過(guò)程；相應(yīng)地得到了層狀巖層模型在垂直受壓條件的裂紋飽和現(xiàn)象。由于在多數(shù)情況下巖層是處于上覆巖層的壓應(yīng)力狀態(tài)下的，所以這個(gè)結(jié)果使得我們的研究工作更具有普遍意義。4.改變模型的層數(shù)，研究裸露于地表的層狀巖層的裂紋

21、飽和現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)在兩層模型中相鄰裂紋之間靠近上表層的區(qū)域，水平方向的拉應(yīng)力分布經(jīng)歷了一個(gè)從拉應(yīng)力狀態(tài)到壓應(yīng)力狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。這種相鄰裂紋之間的應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變，解釋了裸露于地表的層狀巖層裂紋飽和現(xiàn)象。同樣地，利用數(shù)值方法，給出了兩層模型的表層裂紋飽和過(guò)程并分析得到了裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展規(guī)律。5.期刊論文 薛繼軍.楊龍.王新虎.XUE Ji-jun.Yang Long.WANG Xin-hu 基于小波有限元的裂紋損傷梁分析 -系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)2005,17(8)針對(duì)構(gòu)件在裂紋尖端附件存在奇異性的現(xiàn)象,將小波有限元方法和斷裂力學(xué)方法相結(jié)合,推導(dǎo)了小波梁?jiǎn)卧?、裂紋單元的單元?jiǎng)偠确匠?并給出了裂紋梁通過(guò)靜力凝聚技術(shù)消除

22、內(nèi)部自由度后的等效單元?jiǎng)偠染仃?建立了已知裂紋大小和位置的裂紋損傷梁的小波有限元分析方法.經(jīng)算例驗(yàn)證,該方法能有效地提高裂紋問(wèn)題的分析精度,具有一定的工程實(shí)用價(jià)值.6.期刊論文 李常有.徐敏強(qiáng).郭聳.王日新.高晶波 基于有限元的橫向裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析 -振動(dòng)工程學(xué)報(bào)2009,22(5)根據(jù)橫向裂紋軸單元的力學(xué)分析,推導(dǎo)出單元內(nèi)各點(diǎn)的廣義位移,由此得出單元的動(dòng)能和勢(shì)能,由Lagrange方程,獲得橫向裂紋軸單元的質(zhì)量矩陣、回轉(zhuǎn)矩陣和剛度矩陣.在此基礎(chǔ)上聯(lián)立圓盤單元、無(wú)裂紋軸單元以及軸承單元的動(dòng)力學(xué)方程,綜合得出系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程,并對(duì)其進(jìn)行數(shù)值分析.結(jié)果表明:橫向裂紋對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的各個(gè)系數(shù)矩陣

23、都有影響,裂紋深度的識(shí)別應(yīng)在響應(yīng)的高頻成分上進(jìn)行.7.期刊論文 陳雪峰.李兵.胡橋.何正嘉 基于小波有限元的裂紋故障診斷 -西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)2004,38(3) 從線彈性斷裂力學(xué)的角度考慮裂紋引起的局部附加柔度,進(jìn)而構(gòu)造了小波有限元裂紋剛度矩陣,提出了基于小波有限元的裂紋故障診斷算法,克服了裂紋奇異性給傳統(tǒng)有限元算法造成的困難.將系統(tǒng)前3階的固有頻率作為輸入,繪制裂紋等效剛度與裂紋位置的3條曲線,根據(jù)曲線的交點(diǎn)可以預(yù)測(cè)出裂紋的位置與尺寸.用于研究該算法精度的裂紋軸數(shù)值算例表明:裂紋位置與尺寸的辨識(shí)誤差均不超過(guò)2%,這為工程實(shí)踐中早期微弱裂紋的故障預(yù)示與診斷提供了新的方法.8.期刊論文 李兵.陳

24、雪峰.何正嘉.LI Bing.CHEN Xue-feng.HE Zheng-jia 基于小波有限元的懸臂梁裂紋遺傳優(yōu)化辨識(shí) -振動(dòng)與沖擊2009,28(12)利用小波有限元法求解了裂紋懸臂梁的前三階固有頻率,并將其擬合成以裂紋位置和深度作為變量的頻響函數(shù)曲面.將裂紋識(shí)別中的匹配追蹤問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多維優(yōu)化問(wèn)題,以實(shí)測(cè)固有頻率作為輸入,利用遺傳算法尋優(yōu)求解出與輸入值相差最小的樣本點(diǎn),進(jìn)而預(yù)測(cè)出裂紋的位置和深度.試驗(yàn)研究表明,所提出的裂紋識(shí)別方法具有較好的精度和魯棒性,且易于推廣到諸如轉(zhuǎn)子、葉片等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的裂紋監(jiān)測(cè)診斷場(chǎng)合.9.期刊論文 向家偉.陳雪峰.李兵.何正嘉.何育民.XIANG JiaWei.C

25、HEN XueFeng.LI Bing.HE ZhengJia.HEYuMin 基于區(qū)間B樣條小波有限元的裂紋故障定量診斷 -機(jī)械強(qiáng)度2005,27(2)研究基于模型的結(jié)構(gòu)裂紋故障診斷中的正反問(wèn)題,即求解含裂紋參數(shù)結(jié)構(gòu)的固有頻率以及利用實(shí)測(cè)固有頻率,定量識(shí)別裂紋參數(shù).構(gòu)造用于求解正問(wèn)題的一維區(qū)間B樣條小波裂紋單元,通過(guò)求解裂紋結(jié)構(gòu)有限元模型,繪制以裂紋等效剛度與裂紋位置為變量的三階頻響函數(shù)解曲線,將實(shí)際測(cè)出的系統(tǒng)前三階固有頻率作為輸入,根據(jù)曲線的交點(diǎn)定量預(yù)示出裂紋的位置和深度.實(shí)驗(yàn)研究表明,文中構(gòu)造的區(qū)間B樣條小波裂紋單元有效克服了傳統(tǒng)有限元分析在求解裂紋奇異性問(wèn)題時(shí)存在的效率低、精度差甚至難

26、以收斂到正確解的缺陷,同時(shí)具有足夠的辨識(shí)精度,為早期裂紋故障定量診斷提供新方法.10.會(huì)議論文 李兵.陳雪峰.王鵬.何正嘉 二類變量區(qū)間B樣條小波有限元及裂紋診斷研究 2008由于裂紋奇異性的存在，使得采用傳統(tǒng)有限元模型求解結(jié)構(gòu)裂紋問(wèn)題精度不高，為解決這一問(wèn)題，采用小波有限元模型可以獲得較好精度。現(xiàn)有小波有限元研究中，主要是單變量(位移)小波有限元法，本文開(kāi)展新型二類變量(位移和應(yīng)力)小波有限元研究。本文提出了二類變量區(qū)間B樣條小波有限元的構(gòu)造方法。選擇區(qū)間B樣條小波尺度函數(shù)作為插值函數(shù)，開(kāi)展二類變量小波有限元研究?；诙愖兞繌V義變分原理建立的二類變量有限元模型，在計(jì)算各類場(chǎng)變量時(shí)，無(wú)需進(jìn)行求導(dǎo)，甚至也不用物理關(guān)系就能直接獲得其近似解答，這不僅提高了計(jì)算精度，也擴(kuò)大了彈塑性結(jié)構(gòu)理論的解題范圍。利用本文構(gòu)造的二類變量區(qū)間B樣條小波有限元模型，實(shí)現(xiàn)了裂紋轉(zhuǎn)子的高精度建模，采用裂紋三線相交診斷算法，定量地診斷了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)裂紋故障。仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了模型的正確性。1.伍曉贊.徐慧.王德志