[发明专利]3D裂纹起裂位置的预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种评定结构完整性的方法，具体涉及一种三维 (3D)裂纹起裂位置的预测方法。

背景技术

在实际结构的制造和使用过程中，总会不可避免的产生3D裂纹。 3D裂纹一旦产生，将严重影响结构的使用寿命。为了避免事故的发 生，在发现3D裂纹后，需要对裂纹进行结构完整性评定与跟踪监测， 这就需要对3D裂纹的起裂位置(最危险位置)进行预测。3D裂纹 的形状一般用半椭圆描述。

一般而言，3D裂纹的J积分最大处断裂驱动力最大，所以在工 程实践中，一般选用J积分最大处作为最危险位置进行重点监测。然 而，3D裂纹的起裂不仅和驱动力有关，还和3D裂纹的断裂阻力有 关。大量实验和研究表明，裂纹的断裂阻力受试样/结构几何、裂纹 尺寸和加载方式等因素的影响，这种影响通常被称为“拘束效应”，拘 束的增加导致材料断裂阻力的降低。截至目前，仍未有一种简单的方 法在预测3D裂纹的起裂位置时纳入拘束效应。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种纳入拘 束效应的3D裂纹起裂位置的预测方法，该方法综合考虑裂纹驱动力 与断裂阻力。

本发明提供了一种3D裂纹起裂位置的预测方法，具有这样的特 征，包括如下步骤：

(1)通过ABAQUS等有限元软件针对含裂纹的结构建立有限元 模型，对有限元模型的3D裂纹的不同位置处的J积分进行模拟计算， 其中J积分为弹塑性断裂力学中一个与路径无关的积分；同时，针对 J积分引入J_ref参数，J_ref为材料或结构的断裂韧性；

(2)对有限元模型的3D裂纹的不同位置处的进行计算，A_p＝A_PEEQ/A_ref，

其中，A_p为描述拘束效应的拘束参数，A_PEEQ为等效塑性应变 (PEEQ)等值线所围绕区域的面积，A_ref为J_ref下PEEQ等值线所围 绕区域的面积；

(3)对有限元模型的3D裂纹前沿不同位置处的进行计算，计算得到的的最大值处为3D裂纹的起裂位置。

在本发明提供的3D裂纹起裂位置的预测方法中，还可以具有这 样的特征：其中，同一材料的J_ref、A_ref均设置为常数1。

在本发明提供的3D裂纹起裂位置的预测方法中，还可以具有这 样的特征：其中，将3D裂纹近似为半椭圆形，并根据裂纹结构对称 性，选取二分之一或四分之一的3D裂纹结构建立有限元模型。

发明的作用和效果

本发明所涉及的3D裂纹起裂位置的预测方法，因为在预测裂纹 的起裂位置时已纳入拘束效应(即考虑了裂纹的尺寸与实际工况的影 响)，所以，本发明所涉及的3D裂纹起裂位置的预测方法可以准确 的评定3D裂纹起裂位置。本发明提供的方法简单、成本低，便于工 程实践中应用，可在实际测量中准确的预测3D裂纹起裂位置，为下 一步结构完整性评定准确地提供依据。

附图说明

图1(a)是本发明的实施例3D裂纹起裂位置的预测方法中板结构的 拉伸图，图1(b)是本发明的实施例3D裂纹起裂位置的预测方法中 板结构的内部裂纹；

图2(a)是本发明的实施例3D裂纹起裂位置的预测方法中建立的有 限元模型，图2(b)是本发明的实施例3D裂纹起裂位置的预测方法 中有限元模型的裂纹面划分网格，图2(c)是本发明的实施例3D裂 纹起裂位置的预测方法中有限元模型图的裂尖部分c的局部网格放 大图；

图3(a)是本发明的比较例3D裂纹起裂位置的预测方法中沿裂纹前 沿的计算得到的J积分分布图，图3(b)是本发明的实施例3D裂纹 起裂位置的预测方法中沿裂纹前沿的计算得到的J积分分布图；

图4是本发明的实施例3D裂纹起裂位置的预测方法中沿裂纹前沿测 出的拘束参数的分布；以及

图5是本发明的实施例3D裂纹起裂位置的预测方法中测得的纳入拘 束效应后裂纹的起裂位置。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于 明白了解，以下实施例结合附图对本发明3D裂纹起裂位置的预测方 法作具体阐述。