提高6吊环应力强度因子KI的有限元计算分析

我们根据应力强度因子K_I和能量释放率dU/da的关系，采用二维折算厚度有限元程序，计算了吊环小环部危险断面的应力强度因子K_I。计算时只取吊环部的1/4，首先计算吊环水平截面的应力分布，然后和载荷一起作为外力在求应力强度因子K_I的程序中输入。

由于吊环不仅截面厚度不等，沿厚度方向所承受载荷也并非均匀一致，实际上是一点受载，而且沿厚度方向其裂纹长度与宽度之比也并非一常量。因此为计算吊环的应力强度因子K_I，根据吊环的具体情况，对计算标准三点弯曲试样K_I的有限元程序，作了如下的修正：

1）由于吊环的截面为圆形或椭圆形，因此对吊环内外两侧的厚度进行修正。

2）由于吊环实际上是一点受载，沿厚度方向并非均匀一致，因此要进行应变能的修正。

3）由于实际吊环的裂纹前沿线是圆弧形的，因此要根据吊环裂纹的这种形状，对其K_I进行修正。(www.xing528.com)

4）在程序上，对吊环的变厚度问题作近似处理。

在国产6912机上，用273个单元，167个节点，计算了吊环的应力强度因子K_I，同时也计算了各节点的应力。垂直断面上的应力强度因子K_I的计算结果如图15所示。图中K为应力强度因子，P为负荷（单位为t），a为裂纹长度，2R为吊环垂直断面处的直径。有了此曲线，如果我们已知吊环用钢的断裂韧性K_IC，吊环所要承受的极限负荷P，以及吊环垂直断面的实际直径2R，则可算出吊环断裂的临界裂纹尺寸，同样，如果知道K_IC值，裂纹长度a和直径2R，也可计算出吊环所承受的极限负荷P。

图15 吊环垂直断面的K/P～a/2H曲线