基于参考应力强度因子的实心圆盘径向边缘裂纹I型权函数新表示及其验证

《Scientific Reports》：A new weight function representation for one-dimensional edge cracks: application to mode I stress intensity factor evaluation for a radial edge-crack in a solid circular disk

　　准确评估应力强度因子（SIFs）是许多疲劳和断裂力学分析的基础。权函数法（WFM）提供了一种简单且计算效率高的方法，用于评估复杂载荷条件下的应力强度因子。本研究提出了一种新的边缘裂纹一维权函数表示形式，并将其应用于推导受拉伸载荷作用的实心圆盘中径向边缘裂纹的I型权函数。鉴于该几何形状已有应力强度因子解和若干近似权函数公式，主要目标是评估所提出的表示形式在从参考应力强度因子构建近似权函数方面的有效性。为此，通过有限元分析（FEA）计算了三种拉伸应力分布下的参考应力强度因子，并用于确定权函数系数。随后，建立了拟合表达式，将这些系数表示为相对裂纹长度的连续函数，从而能够在所研究范围内高效评估应力强度因子。所推导的权函数使用三个独立的、复杂的非线性应力分布进行了验证，其预测结果与有限元结果吻合良好。此外，与已发表的径向边缘裂纹权函数公式进行比较，证明了所提出的表示形式能够从参考应力强度因子构建精确的一维近似权函数。