贾 旭，胡绪腾，宋迎东

(南京航空航天大学能源与动力学院，江苏省航空动力系统重点实验室，

机械结构力学及控制国家重点实验室， 南京 210016)



基于三维有限元解的紧凑拉伸试样应力强度因子计算公式

贾 旭，胡绪腾，宋迎东

(南京航空航天大学能源与动力学院，江苏省航空动力系统重点实验室，

机械结构力学及控制国家重点实验室， 南京 210016)

摘要：对标准紧凑拉伸(CT)试样的二维和三维应力强度因子有限元解进行了对比分析，基于三维有限元虚拟裂纹闭合法拟合了一种新的标准CT试样的应力强度因子计算公式，并采用ANSYS软件内嵌位移外推法进行了验证。结果表明：基于二维分析所得的应力强度因子计算公式计算结果与实际三维CT试样的具有较大的差异；在加载孔等效分布力一定的条件下，CT试样裂纹前沿大部分区域的应力强度因子与中心点的相近，且与厚度无关；拟合得到的三维CT试样裂纹前沿中心点的应力强度因子计算公式具有很高的精度，其计算结果与ANSYS软件内嵌位移外推法的相对误差在0.5%以内。

关键词：三维分析；CT试样；应力强度因子；有限元法

0引言

为提高航空发动机的安全性，20世纪80年代以来损伤容限设计已逐渐成为国内外航空发动机轮盘等关键件的重要设计准则之一[1-2]。损伤容限设计的关键是对以断裂为主要破坏形式的关键件进行裂纹扩展分析，而裂纹扩展分析的基础是应力强度因子的计算。

工程中普遍采用标准紧凑拉伸(CT)试样进行试验来建立材料裂纹扩展速率模型、确定材料断裂韧性。……