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。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。