夾持邊界條件下表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子求解

曹淑森 賀小帆 楊博霄 劉文珽

(北京航空航天大學(xué) 航空科學(xué)與工程學(xué)院，北京100191)

航空結(jié)構(gòu)的損傷容限性能主要由含裂紋結(jié)構(gòu)的剩余強(qiáng)度和裂紋擴(kuò)展性能決定［1］.表面裂紋是飛機(jī)結(jié)構(gòu)在使用中可能出現(xiàn)的一種典型裂紋形態(tài)，研究表面裂紋的擴(kuò)展規(guī)律、進(jìn)行裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)對(duì)保證飛機(jī)結(jié)構(gòu)的使用安全具有十分重要的意義，其中表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子(SIF，Stress Intensity Factor)求解是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題［2］.針對(duì)有限板的半橢圓形表面裂紋，Newman和Raju利用有限元法給出了拉伸載荷和彎矩作用下應(yīng)力強(qiáng)度因子的經(jīng)驗(yàn)公式［3］，F(xiàn)ett估算了任意分布載荷下的表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子［4］，Wang和Lambert等利用權(quán)函數(shù)法求解了高形狀比和低形狀比情況下的表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子［5-6］，但這些結(jié)果主要針對(duì)載荷作用條件，如均勻拉伸、純彎或線性加載及其線性疊加，沒(méi)有考慮位移約束.當(dāng)考慮試件兩端固支時(shí)，針對(duì)表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子，Wang和Lambert等進(jìn)行了求解［7-8］.

試驗(yàn)是研究表面裂紋擴(kuò)展的重要手段，通常需要在試驗(yàn)室進(jìn)行模擬試件的表面裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，這種條件下有限尺寸的試件往往直接夾持在試驗(yàn)機(jī)上，其邊界條件為復(fù)雜的載荷和位移邊界條件，已有的載荷或位移邊界條件下的應(yīng)力強(qiáng)度因子解不適用，必須模擬實(shí)際夾持邊界條件尋求應(yīng)力強(qiáng)度因子解.John和Rigling分析了夾持邊界條件對(duì)矩形板單邊穿透裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響［9］.John等利用權(quán)函數(shù)法求解了夾持邊界條件下單邊穿透……