基于权函数法的复杂孔边裂纹三维应力强度因子及疲劳裂纹扩展分析

为解决飞机结构中复杂三维孔边裂纹的损伤容限分析难题，研究人员采用切片合成权函数法(SSWFM)计算三维应力强度因子(SIF)并进行疲劳裂纹扩展(FCG)分析。该方法计算结果与Abaqus/Franc3D软件及实验数据高度吻合，计算效率比有限元法(FEM)快三个数量级，为复杂航空结构损伤评估提供了高效分析工具。

　　

在航空器结构中，各类应力集中区域萌生的三维(3D)裂纹是常见的安全隐患。作为损伤容限分析的核心参数，应力强度因子(SIF)的精确计算至关重要。研究团队创新性地采用切片合成权函数法(SSWFM)，对含复杂几何特征的孔边裂纹开展系统性研究。该方法不仅能准确获取三维应力强度因子分布，其计算结果与商业有限元软件Abaqus/Franc3D的模拟结果高度一致，更展现出惊人的计算效率——基于MATLAB平台开发的SSWFM分析程序，其运算速度较传统有限元法(FEM)提升达三个数量级。特别值得注意的是，该方法成功解决了NASGRO软件目前尚无法处理的复杂三维孔边裂纹分析难题，为航空结构安全评估提供了全新的高效分析工具。疲劳裂纹扩展寿命预测结果与有限元模拟及实验数据的良好吻合，进一步验证了该方法的工程实用价值。这项突破性研究为复杂航空结构的损伤容限分析开辟了新途径。