金属波纹夹层板疲劳断裂破坏机理的数值研究

正确分析金属波纹夹层板(CSP)结构的疲劳裂纹扩展，弄清结构疲劳断裂破坏机理，对确保它的使用安全非常必要。但问题的复杂性在于组成CSP结构的部件间有相互作用，会影响它们各自的疲劳裂纹扩展，而一旦某部件裂纹扩展了，它对其他部件的作用又会变化，这就需从整体结构角度综合地考虑该疲劳断裂问题。本项目立足于无网格法不需重划网格即可准确模拟裂纹扩展的优点和申请人用此方法研究复合板类结构的工作积累，先将金属CSP结构模拟为三个薄壁部件组成的复合结构，引入位移协调条件，建立无网格模型，再考虑各部件相互作用的影响，整体地对结构疲劳裂纹扩展过程进行无网格数值模拟，探索部件作用与部件裂纹扩展相互影响的规律，揭示结构的疲劳断裂破坏机理。本项目给出了无网格法分析疲劳断裂问题新的思路，研究成果可评估金属CSP结构残余寿命，还可为其他复杂金属板类结构疲劳断裂问题提供借鉴，推动疲劳断裂理论发展，具有重要的工程和学术意义。

正确分析金属波纹夹层板（CSP）结构的疲劳裂纹扩展，弄清结构疲劳断裂破坏机理，对确保它的使用安全非常必要。本项目立足于无网格法不需重划网格即可准确模拟裂纹扩展的优点，先将金属CSP 结构模拟为三个薄壁部件组成的复合结构，引入位移协调条件，建立无网格模型，再考虑各部件相互作用的影响，整体地对结构疲劳裂纹扩展过程进行无网格数值模拟，探索部件相互作用对裂纹扩展的影响规律，揭示结构的疲劳断裂破坏机理。本项目先后建立了描述加肋板结构弯曲和屈曲，CSP结构自由振动和几何非线性弯曲行为的无网格模型。通过在上述模型中引入裂纹不连续性，进一步推导了求解加肋板静态裂纹问题、CSP结构裂纹扩展问题的无网格列式，编制了计算程序，获得相应数值解，同时利用MTS809试验机对一系列金属加肋板、CSP板试件进行了实验。数值解与实验结果吻合良好，验证了无网格列式的准确性。本项目给出了无网格法分析疲劳断裂问题新的思路，研究成果可评估金属CSP 结构、加肋板结构残余寿命，还可为其他复杂金属板类结构疲劳断裂问题提供借鉴，推动疲劳断裂理论发展，具有重要的工程和学术意义。