【摘要】：裂紋缺陷常常會出現(xiàn)在工程結構中,這種缺陷對結構的動力特性和動力響應的影響是不容忽視的。此外,動力荷載由于受到多種復雜因素影響而具有本質的不確定性,采用隨機振動方法對帶裂紋結構進行動力行為分析是一種更為合理的做法。本文基于Erdogan基本解提出了線彈性斷裂動力學樣條虛邊界元法,并結合隨機振動時域顯式法,實現(xiàn)了隨機振動下裂紋動態(tài)應力強度因子統(tǒng)計矩求解及裂紋動態(tài)起始擴展問題可靠度分析。本文研究的主要工作包括:(1)介紹了線彈性斷裂動力學的研究意義和研究進展。對常用的線彈性斷裂動力學數(shù)值分析方法進行了評述。闡述了樣條虛邊界元法的研究進展及其在斷裂力學中的應用。(2)開展多裂紋問題動力特性分析樣條虛邊界元法研究。建立了多裂紋問題自由振動樣條虛邊界元法的全套列式,給出了結構頻率、位移模態(tài)、應力模態(tài)以及應變模態(tài)的求解過程。對方法的數(shù)值穩(wěn)定性進行了研究,并進一步將方法應用到裂紋結構的損傷識別分析中。(3)開展多裂紋問題動力響應分析樣條虛邊界元法研究。建立了多裂紋問題強迫振動樣條虛邊界元法的全套公式,導出了動力荷載作用下結構的位移、應力、應變以及動態(tài)應力強度因子的計算公式。通過數(shù)值算例驗證了方法的有效性,并進一步研究了移動荷載對裂紋結構的動態(tài)應力強度因子以及撓度沖擊系數(shù)的影響規(guī)律。(4)開展多裂紋問題隨機振動樣條虛邊界元法研究。采用樣條虛邊界元法建立了多裂紋問題動力響應顯式表達式,然后運用統(tǒng)計矩運算法則或隨機模擬方法獲取裂紋結構動力響應和動態(tài)應力強度因子的統(tǒng)計特性,提出了多裂紋問題隨機振動分析的時域顯式直接法和時域顯式隨機模擬法。通過數(shù)值算例驗證了方法的有效性,并進一步將方法應用到2024-T3鋁合金機翼主梁構件裂紋動態(tài)起始擴展問題可靠度分析中。研究結果表明,本文所提出的斷裂動力學樣條虛邊界元法能夠避免復雜的裂紋尖端處理過程,可以直接對動態(tài)應力強度因子等結果進行求解,具有良好計算精度和較高的計算效率;結合隨機振動時域顯式法,能夠高效求解裂紋結構隨機振動問題,獲取動態(tài)應力強度因子統(tǒng)計特性。本文方法在裂紋結構損傷識別分析、移動荷載作用下的裂紋結構動力響應分析和2024-T3鋁合金機翼主梁構件裂紋動態(tài)起始擴展問題可靠度分析中的應用,充分驗證了所提方法在工程上的適用性。
【圖文】：

圖 2-1 帶裂紋無限大域Fig. 2-1 Infinite plane with a crack 0 00 000 0 022i 2 ( ) 'ln[( )( )]( )( ) ( , )xyz zz z z z Ω zS z zS z z z zz zSz z z M z z z z II0 2 2 0 0 02 2 0i 2 2 lim1i 1 1iz aK z a za z aQ Pa z a z P z z a z a

i /2i /2z r exz r ex 當 分布在第一象限、第四正半軸或 軸正半軸(不含裂當 分布在第二象限、第三負半軸或 軸負半軸(不含裂 2 2 a的模和輻角。面問題 Erdogan 基本解的完整顯式表達式=0，那么 Erdogan 基本解則成為平面裂紋算方法中求解帶復雜邊界條件的平面斷裂界條件平面問題的邊界條件和交界條件。如圖 2為
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU435

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本文編號：2635061