張拉應力對ANSYS計算應力強度因子的影響研究

劉訓訓 張付各

(山東科技大學交通學院，山東 青島 266590)

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張拉應力對ANSYS計算應力強度因子的影響研究

劉訓訓 張付各

(山東科技大學交通學院，山東 青島 266590)

結合有限元裂紋模型，研究了張拉應力的變化對裂紋尖端應力強度因子數(shù)值以及最大應力強度和等效應力的影響，并對結構的穩(wěn)定性進行了數(shù)值化分析，指出了模型的危險區(qū)域及其變形情況。

張拉應力，應力強度因子，模型

應力強度因子是表征材料斷裂的重要參量，是表征外力作用下彈性物體裂紋尖端附近應力場強度的一個參量[2]。張開型(I型)裂紋應力強度因子KI是線彈性斷裂力學中一個重要斷裂參量[3]。本文根據(jù)表1構建10組不同張拉應力的對比模型，施加在平面上部的均布拉應力值以相同的增量遞增，分別求出10組模型的裂紋尖端應力強度因子數(shù)值，同時記錄模型應力強度和等效應力最大值，從而觀察張拉應力的變化對應力強度因子及結構穩(wěn)定性的影響[4]。

表1 有限元裂紋模型參數(shù)

1 應力強度因子的求解結果

不同荷載下，ANSYS對裂紋尖端應力強度因子的求解結果如表2所示。與解析解進行對比，并計算出其相對誤差。

表2 不同張拉應力的應力強度因子求解結果

將求解結果繪制成圖1。

從圖1中可以看出，應力強度因子的數(shù)值解與理論解接近，且均與張拉應力呈正比關系。隨著應力值的增加，相對誤差并沒有出現(xiàn)大的變化，證明用ANSYS求解應力強度因子是可行的，并且隨著應力的增加，其結果呈線性增長，增長函數(shù)與直線y=0.850 0x-0.218 0較為接近。

2 最大應力強度和等效應力的求解結果

不同荷載下，ANSYS對模型最大應力強度和等效應力的求解結果如表3所示。

表3 不同荷載下最大應力強度和等效應力的求解結果 MPa

將求解結果繪制成圖2。

最大應力強度(SINT)和等效應力(SEQV)均在裂尖處，并與拉應力荷載呈正比關系，其結果呈線性增長，增長函數(shù)分別為直線y=4.061 4x-0.001 3和直線y=4.035 0x+0.004 0較為接近。

將50 MPa，200 MPa，350 MPa，500 MPa拉應力條件下模型的應力強度(SINT)和等效應力(SEQV)分布云圖進行對比，見圖3。

從圖3中可以看出，應力的分布比例大致相同，通過查看應力云圖可以清楚地了解模型的危險區(qū)域以及模型的變形情況。

3 結語

1)ANSYS中應力強度因子是隨著均布荷載的增加呈線性增長，這與理論公式是相符的[5]。2)模型的應力最大值均出現(xiàn)在裂尖處，裂尖周圍應力分布相對集中，是模型的危險區(qū)域。

[1] 程 釗，于方圓.基于ANSYS的裂紋應力強度因子的計算[J].科技資訊，2012(33)：69-71.

[2] 陳 煒,莊順胥，王飛飛.工程結構多裂紋應力強度因子分析[J].科技與創(chuàng)新，2014(19)：24.

[3] 徐 慧,伍曉贊,程仕平，等.復合裂紋的應力強度因子有限元分析[J].中南大學學報(自然科學版)，2007(1)：79-83.

[4] 張朝暉.ANSYS 12.0結構分析工程應用實例解析[M].北京：機械工業(yè)出版社,2010.

[5] 趙海濤,戰(zhàn)玉寶.基于ANSYS的應力強度因子計算[J].煤礦機械,2007,28(2):22-23.

Study on the influence of tensile stress on the stress intensity factor of ANSYS

Liu Xunxun Zhang Fuge

(CollegeofTraffic，ShandongUniversityofScienceandTechnology，Qingdao266590，China)

Combining with the finite element crack model, the paper researches the influence of the changes of tensile stress on stress intensity factor at crack tips, maximum stress intensity and equivalent stress, undertakes the numeric analysis of the structural stability, and according to test results, points out the dangerous regions of the model and its deformation.

tensile stress, stress intensity factor, model

1009-6825(2016)05-0041-02

2015-12-03

劉訓訓(1989- )，男，在讀碩士

TU502.6

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