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申请/专利权人：西北工业大学

摘要：本发明公开了一种疲劳裂纹的预应力止裂及延寿设计方法，包括：确定中心裂纹金属板和CFRP条带各自的尺寸及材料参数、载荷参数、初始加固点位置坐标；基于线弹性断裂力学基础和金属板的受载情况，将加固结构的总应力强度因子拆分为远场应力引起的应力强度因子、桥联应力引起的强度因子和预应力引起的应力强度因子分别求解；基于总应力强度因子，确定在金属板全局加固位置中最小的有效应力强度因子幅值；通过对比有效应力强度因子幅值与应力强度因子阈值，确定所设计的加固位置在现有预应力情况下是否止裂成功；在任一加固点均无法实现止裂的情况下，根据Paris公式计算不同加固情况的疲劳寿命，确定延寿效果最佳的目标加固位置。

主权项：1.一种疲劳裂纹的预应力止裂及延寿设计方法，其特征在于，包括：确定含中心裂纹金属板和碳纤维增强聚合物CFRP条带各自的尺寸及材料参数、载荷参数、初始加固点位置坐标；基于线弹性断裂力学基础和金属板的受载情况，将加固结构的总应力强度因子Ktotal拆分为远场载荷引起的应力强度因子Kff、桥联应力引起的强度因子Kbr和预应力引起的应力强度因子Kpre分别求解；其中，Kbr是根据变形协调法求解出桥联力Fbr后求得的；基于所述总应力强度因子Ktotal，确定在金属板全局加固位置中最小的有效应力强度因子幅值ΔKeff；通过对比所述有效应力强度因子幅值ΔKeff与应力强度因子阈值ΔKth，确定所设计的加固位置在现有预应力情况下是否止裂成功；在任一加固点均无法实现止裂的情况下，通过Paris关系计算疲劳裂纹扩展寿命，确定延寿效果最佳的目标加固位置；假定加固中心裂纹长度为2a，所述桥联应力引起的强度因子Kbr是通过以下公式求解的： ； ； ； ；式中，为裂纹长度的一半，为中间变量，为含中心裂纹金属板四点集中力加载下的几何修正系数，为金属板厚度，为金属板的泊松比，为初始加固点位置坐标，为虚数单位，y是金属板的任意位置的纵坐标，与是四点集中力位置坐标在裂纹板全局坐标系的复变函数表达；Fbr为桥联力，通过金属裂纹板与CFRP条带在加固点的变形协调关系求解；为金属板宽度，为裂纹尖端前方未出现裂纹的横截面在远场载荷方向上的应力分布；所述变形协调关系通过下式表征： ；式中，是金属板在远场载荷作用下在加固点产生的位移；是金属板在桥联力作用下在加固点位置产生的位移；是金属板在预应力作用下在加固点位置产生的位移；是CFRP在桥联力作用下在加固点位置产生的位移，是由于金属板受预应力压缩变形引起CFRP条带收缩而产生的位移。

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