專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)安全性分析和評(píng)定領(lǐng)域，尤其是一種結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Km的分離以及它們沿裂紋前緣的分布的確定方法和計(jì)算機(jī)計(jì)算程序的設(shè)計(jì)方法。它用來(lái)在結(jié)構(gòu)安全性評(píng)定過(guò)程中高精度和高效率地確定結(jié)構(gòu)件中三維復(fù)合型裂紋前緣的應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Km的分離以及它們沿裂紋前緣的分布。當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Km的分布確定以后，就可以確定裂紋在外載荷作用下的擴(kuò)展方向，并且與材料的斷裂韌性Kc進(jìn)行比較，確定結(jié)構(gòu)件的安全性；或者，可以根據(jù)K工、Kn和Km的變化范圍，進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核，確定疲勞壽命。本方法的實(shí)際執(zhí)行效率，可以比現(xiàn)有的其它方法提高幾十倍乃至上百倍；特別是對(duì)于沖擊載荷的情況，利用現(xiàn)有的其它方法需要數(shù)周乃至數(shù)月才能完成的應(yīng)力強(qiáng)度因子分離以及它們沿裂紋前緣的分布確定任務(wù)，利用本方法可以在數(shù)分鐘至數(shù)小時(shí)時(shí)間內(nèi)完成。
背景技術(shù)：
：通常的，通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算對(duì)結(jié)構(gòu)件中裂紋前緣的應(yīng)力強(qiáng)度因子分布進(jìn)行確定，有兩種方法。一種是彈性力學(xué)直接法，需要先對(duì)帶裂紋的形體進(jìn)行彈性力學(xué)計(jì)算，確定載荷作用下的位移場(chǎng)或應(yīng)力場(chǎng)；然后根據(jù)求得的位移場(chǎng)或應(yīng)力場(chǎng)，在裂紋前緣的各點(diǎn)處逐點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度因子K值的計(jì)算確定。具體計(jì)算確定方法有應(yīng)力場(chǎng)奇異性法、裂紋面張開(kāi)位移法和J積分法等。用J積分法來(lái)計(jì)算復(fù)合型裂紋前緣的應(yīng)力強(qiáng)度因子時(shí)，需要進(jìn)一步對(duì)K工、Kn和Kin進(jìn)行分離?，F(xiàn)有的K工、Kn和Km的分離方法有交互作用積分法和虛擬裂紋閉合法等。這些方法的缺點(diǎn)是效率低，特別是當(dāng)載荷是隨時(shí)間變化的變載荷時(shí)，需要對(duì)每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，都對(duì)帶裂紋的形體進(jìn)行彈性力學(xué)計(jì)算(比如，進(jìn)行有限元法或邊界元法計(jì)算)，確定該時(shí)刻載荷作用下的位移場(chǎng)或應(yīng)力場(chǎng)；然后根據(jù)該時(shí)刻的位移場(chǎng)或應(yīng)力場(chǎng)，再在裂紋前緣的各點(diǎn)處，通過(guò)取極限，求裂紋面張開(kāi)位移或求J積分然后進(jìn)行分離的方法，逐點(diǎn)地計(jì)算確定K工、Kn和Km的值。對(duì)工程問(wèn)題，由于每次有限元法或邊界元法計(jì)算的工作量都較大，所以總效率很低。第二種方法是基于疊加原理的應(yīng)力權(quán)函數(shù)法，需要先對(duì)不帶裂紋的形體進(jìn)行彈性力學(xué)計(jì)算(比如，進(jìn)行有限元法或邊界元法計(jì)算)，確定載荷作用下的應(yīng)力場(chǎng)；然后利用疊加原理，將所求得的應(yīng)力的負(fù)值施加于裂紋面上；再根據(jù)預(yù)先已經(jīng)計(jì)算好了的該裂紋體的裂紋面上的應(yīng)力權(quán)函數(shù)，通過(guò)裂紋面上面力載荷與應(yīng)力權(quán)函數(shù)的乘積的積分，來(lái)確定裂紋前緣的各點(diǎn)處的K值。執(zhí)行該方法的文獻(xiàn)，一般把該方法簡(jiǎn)稱(chēng)為權(quán)函數(shù)法。但實(shí)際上它只適用于裂紋面上有面力載荷作用的情況，對(duì)其它載荷(比如溫度載荷或體積力載荷)不能進(jìn)行計(jì)算確定。而且，傳統(tǒng)的權(quán)函數(shù)法只能適用于單純I型、單純II型或單純III型的裂紋問(wèn)題，不能應(yīng)用于I、II、III型復(fù)合的復(fù)合型裂紋問(wèn)題的計(jì)算。因此，這些文獻(xiàn)中所述的權(quán)函數(shù)法應(yīng)該確切地被稱(chēng)為單一型裂紋問(wèn)題的應(yīng)力權(quán)函數(shù)法或面力權(quán)函數(shù)法，它與本專(zhuān)利申請(qǐng)中所述的可以同時(shí)考慮溫度載荷、面力載荷和體積力載荷，并且適用于復(fù)合型裂紋問(wèn)題的復(fù)合型裂紋問(wèn)題通用權(quán)函數(shù)法不同。當(dāng)載荷是隨時(shí)間變化的變載荷時(shí)，傳統(tǒng)的單一型7裂紋問(wèn)題應(yīng)力權(quán)函數(shù)法的效率也很低。因?yàn)橐残枰獙?duì)不帶裂紋的形體，反復(fù)地進(jìn)行彈性力學(xué)計(jì)算(比如，進(jìn)行有限元法或邊界元法計(jì)算)，確定每一時(shí)刻載荷作用下的應(yīng)力場(chǎng)，然后才能通過(guò)積分計(jì)算確定各點(diǎn)處該時(shí)刻的K值。通常的，傳統(tǒng)的單一型裂紋問(wèn)題應(yīng)力權(quán)函數(shù)法只應(yīng)用于幾何形狀比較簡(jiǎn)單(或可以作簡(jiǎn)化處理)的形體在單純I型(或單純II型，或單純III型)載荷作用下的裂紋問(wèn)題；使用時(shí)，一般需要先求出裂紋面上各點(diǎn)處的應(yīng)力權(quán)函數(shù)的近似表達(dá)式以及對(duì)應(yīng)的參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子值。而這一點(diǎn)，只對(duì)于形狀比較簡(jiǎn)單的情形是做得到的，對(duì)于形體外形或裂紋幾何比較復(fù)雜的情形，是很難做到的。對(duì)于幾何形狀比較復(fù)雜的情形，則需要使用有限單元近似法、剛度陣導(dǎo)數(shù)法和切片法等方法來(lái)確定權(quán)函數(shù)；然后，才能通過(guò)面力載荷與權(quán)函數(shù)的乘積的積分，來(lái)求K值。在這方面所使用的有限單元近似法、剛度陣導(dǎo)數(shù)法和切片法等方法，對(duì)于三維裂紋來(lái)說(shuō)，只適合于求解直線(xiàn)型裂紋前緣的問(wèn)題；對(duì)于曲線(xiàn)型裂紋前緣的問(wèn)題(比如橢圓、半橢圓和部分橢圓型深埋裂紋或表面裂紋問(wèn)題)，數(shù)學(xué)模擬結(jié)果就相當(dāng)差；計(jì)算結(jié)果表明，精度比較低。而且，這些方法對(duì)于比較簡(jiǎn)單的載荷情況，即應(yīng)力強(qiáng)度因子沿裂紋前緣的分布變化比較平緩的情況，尚可以得到較為滿(mǎn)意的結(jié)果；但是，對(duì)于比較復(fù)雜的載荷情況，即應(yīng)力強(qiáng)度因子沿裂紋前緣的分布變化比較劇烈的情況，誤差就很大，精度很低，效果很差。為了解決以上這些方法中普遍存在的計(jì)算效率低，以及單一型裂紋問(wèn)題應(yīng)力權(quán)函數(shù)法中存在的不適用于溫度載荷和體積力載荷、對(duì)于曲線(xiàn)型裂紋前緣問(wèn)題，數(shù)學(xué)模擬效果差，精度低等問(wèn)題，本專(zhuān)利申請(qǐng)人在發(fā)明專(zhuān)利"一種結(jié)構(gòu)件裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分布的確定方法"(專(zhuān)利號(hào)ZL200610050685.6)中提出了一種稱(chēng)為有限變分法的技術(shù)方法，用來(lái)高精度和高效率地確定單一型裂紋前緣的應(yīng)力強(qiáng)度因子的分布。但是，該專(zhuān)利所涉及的方法只能用來(lái)確定裂紋在單純I型(或單純II型，或單純III型)載荷作用下，裂紋前緣的K工(或Kn，或Km)的分布，不能用來(lái)確定裂紋在I型、II型和III型復(fù)合的復(fù)雜載荷作用情況下裂紋前緣的VKn和Kin的分布?，F(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)是(1)彈性力學(xué)直接法中的應(yīng)力場(chǎng)奇異性法和裂紋面張開(kāi)位移法求應(yīng)力強(qiáng)度因子K值的效率低；(2)彈性力學(xué)直接法中的J積分法加上交互作用積分法來(lái)進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度因子分離計(jì)算的效率低；(3)彈性力學(xué)直接法中的J積分法加上虛擬裂紋閉合法來(lái)進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度因子分離計(jì)算的效率低、計(jì)算精度低；(4)通常所用的基于疊加原理的應(yīng)力權(quán)函數(shù)法只適用于單純I型(或單純II型，或單純III型)載荷作用下的裂紋問(wèn)題，不適用于I型、II型和III型復(fù)合的復(fù)合型裂紋問(wèn)題；(5)基于疊加原理的應(yīng)力權(quán)函數(shù)法對(duì)于隨時(shí)間變化的變載荷情況，計(jì)算效率低，而且不適用于溫度載荷和體積力載荷；(6)通常所用的應(yīng)力權(quán)函數(shù)法中的有限單元近似法、剛度陣導(dǎo)數(shù)法和切片法等方法，對(duì)于曲線(xiàn)型裂紋前緣問(wèn)題，數(shù)學(xué)模擬效果差，精度低；(7)通常所用的應(yīng)力權(quán)函數(shù)法中的有限單元近似法、剛度陣導(dǎo)數(shù)法和切片法等方法，對(duì)于應(yīng)力強(qiáng)度因子沿裂紋前緣的分布變化比較劇烈的情況，計(jì)算誤差大，精度低；(8)在基于疊加原理的應(yīng)力權(quán)函數(shù)法使用過(guò)程中，用來(lái)作為參考載荷的相應(yīng)參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子必須是預(yù)先知道的，這是一個(gè)先決的限制條件；(9)專(zhuān)利技術(shù)ZL200610050685.6中所用的技術(shù)只適用于單純I型(或單純II型，或單純III型)載荷作用下的裂紋問(wèn)題，不能用來(lái)求解裂紋在I型、11型和III型復(fù)合的復(fù)雜載荷作用情況下裂紋前緣的K工、Kn和Km的分離以及它們沿裂紋前緣的分布計(jì)算等。8
發(fā)明內(nèi)容為了克服已有的結(jié)構(gòu)件裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分布的確定方法的計(jì)算效率低，數(shù)學(xué)模擬效果差、精度低，以及不適用于裂紋在I型、II型和III型復(fù)合的復(fù)雜載荷作用情況下裂紋前緣的K工、Kn和Kin的分離以及它們沿裂紋前緣的分布計(jì)算等的不足，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法，高精度和高效率地進(jìn)行曲線(xiàn)型三維裂紋前緣的應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Km的分離以及確定它們沿裂紋前緣的分布；且計(jì)算效率高、數(shù)學(xué)模擬效果好、精度高。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是—種結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法，包括以下步驟1)、給出結(jié)構(gòu)件所承受的熱載荷、表面力載荷和體積力載荷，以及在所述三種載荷單獨(dú)作用或共同作用下的以變分型積分方程形式表示的三維I、II、III型復(fù)合的復(fù)合型裂紋問(wèn)題通用權(quán)函數(shù)法基本方程(復(fù)雜問(wèn)題變分型積分方程)，如式(1):=￡t(a).《.U(。^Z-U(a).《t("JS+f(a)'《V,(i)+《￡、:、"(a)@(a)《.U(r)'11必-f',、V("(a)0(a)).《U(,ll—2i/w'》1—2v(r)c其中，變分符號(hào)S。(...)表示物理量(...)關(guān)于裂紋位置的一階偏變分；即當(dāng)只五有裂紋位置發(fā)生改變，而其它都不改變時(shí)，相應(yīng)物理量(...)的一階變分；u(ri、tw和Id<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>分別是某-III型應(yīng)力強(qiáng)度因子分布函數(shù)；U(a)、t(a)、f(a)、")和K工、Kn^、&個(gè)任意的參考載荷(r)作用時(shí)的位移函數(shù)、邊界面力函數(shù)和I、II、(a)分別是所需要求解的載荷(a)作用時(shí)的邊界位移函數(shù)、邊界面力函數(shù)、體積力函數(shù)、溫度分布函數(shù)和沿裂紋前緣的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子分布函數(shù)；E、v、H和a分別是材料的彈性模量、泊松比、等效彈性常數(shù)和熱膨脹系數(shù)，r是裂紋前緣，s是沿裂紋前緣的弧長(zhǎng)；Et、Eu、E和V分別是面力已知邊界、位移已知邊界、形體邊界和形體體積；n為外法向矢量；2)、用N個(gè)節(jié)點(diǎn)，將裂紋前緣分割為任意N-1個(gè)子段，在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)j處引入一個(gè)基本插值型函數(shù)Nj(s)和一個(gè)局部變分函數(shù)N'j(s)，它們都滿(mǎn)足條件式(2):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>3)、選擇3種相互獨(dú)立的基本參考載荷巧、r2和iv它們的I、II、III型參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子沿裂紋前緣的分布函數(shù)分別為K,"、Id,力和Km(rt);將未知的應(yīng)力強(qiáng)度因子K/氣Kn(a)、Km(a)沿裂紋前緣的分布函數(shù)表示為式(3)和式(4):《)=甲附.4"),^uni(3)(4)It中，f),m=I，11，111，分別是基本參考載荷ri、r2和r3所對(duì)應(yīng)的I、11和111to)某個(gè)適當(dāng)?shù)慕坪蛥⒖驾d荷應(yīng)力強(qiáng)度因子沿裂紋前緣的分布函數(shù)K,1)、Kn(r2)和K數(shù)；4)、在整個(gè)裂紋前緣引入一個(gè)宏觀(guān)的基本變分模式5?！悖缡?5):—.=^0)如(5)其中，S。a是某個(gè)特征裂紋長(zhǎng)度a的變分，它是S。asQ的度量，g(s)是一個(gè)無(wú)因次擴(kuò)展函數(shù)；5)、在N個(gè)節(jié)點(diǎn)處引入N個(gè)局部變分模式，如式(6):=1，2，A^.==A^O風(fēng)"，j=1，2，'，N(6)方程組，其中，mir，其中，N'j(S)為局部變分函數(shù)；6)、分別對(duì)于上述3種基本參考載荷巧、r2和r3，以及N個(gè)局部變分模式S。asj，j"，N，列出3N個(gè)方程，并計(jì)算方程兩端的積分，得到關(guān)于3N個(gè)待定系數(shù)Ami的線(xiàn)性I，II，III，i=1，2，…，N，式(7):+《■"五wl一2v《."《■"1—2v(r)j=l，2，…，N，r二ivr2，r3(7)7)、將方程組(7)改寫(xiě)為等效的矩陣方程形式，然后利用計(jì)算機(jī)的線(xiàn)性方程組求解程序求解關(guān)于3N個(gè)未知系數(shù)Ami的方程組(7)，然后代入式(4)和式(3)，就可以得到外載荷作用下裂紋前緣的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子的分離值K/"、Kn，Kra(a)以及它們沿裂紋前緣的分布情況的數(shù)值解。作為優(yōu)選的一種方案在所述步驟7)中，將方程組(7)重新改寫(xiě)為等效的矩陣方程形式I，如式(8):CA=I(8)或、ITnnj一乂sj,1+++2巧NCJ'11Cf111A"I",,CfC，Cf11A":1"，,(8，)Cf'1Cf'"C『n」[Am,Jl;(ASj),其中，待求的未知數(shù)向量A的子向量Am,i，如式(9)所示Am,i=[A"A邁,2…A邁,N]T，m=I，II，III(9)式(8)左端的系數(shù)矩陣C的子矩陣Ci/'m中的系數(shù)Ci/'如式(10)所示C,r《7^T聰k)'C")g(械m二I，II，r=ri，r2，r3，i，j=1，2，r，一f、2(1+《)賜『0:物(械m=m，r=r2，r3，i，j=1，2，…，N(10)子矩陣&/』分別對(duì)應(yīng)于參考載荷r=ri，r2，r3和裂紋模式m=I，II，III情況下式(7)左端的一個(gè)子項(xiàng)；共有9塊子矩陣，它們通常都是窄帶寬對(duì)角型子矩陣；式(8)右端的I向量的子向量I(r，ASj)，r二巧，ivr3對(duì)應(yīng)于式(7)右端的外載荷與相應(yīng)參考載荷r=ri，r2，r3在虛擬裂紋擴(kuò)展模式^=^下的權(quán)函數(shù)[^"],^的乘積的積分；其中的系數(shù)值I(r，ASj)，如式(11)所示/(r，AS,)=ft*")AHfu*(a)f必+ff*(a)《u(+=r2，r3，j=《fl1，2，'，N(11)方程組(7)式或者(8)式共有3N個(gè)方程，3N個(gè)未知待定系數(shù)；求解關(guān)于未知系數(shù)Ami的線(xiàn)性方程組(7)式或者(8)式；然后代入式(4)和式(3)，就可以得到外載荷作用下裂紋前緣的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子的分離值K,、Kn(a)、Kinw以及它們沿裂紋前緣的分布情況的數(shù)值解?；蛘呤窃谒霾襟E7)中，將方程組(7)重新改寫(xiě)為等效的矩陣方程形式II，如式(12):DB=J(12)或N2，…，Dr'mDr'mDDahiV2"awJ(r，AS,)J(r，AS2)J(r,ASw)(12，)其中，待求的未知數(shù)向量B的子向量Bm,i，如式(13)所示B邁,i=[A"An,iAm,i]T，i=1，2，…，N(13)式(12)左端的系數(shù)矩陣D的子矩陣Di/'m中的系數(shù)Di/'如式(14)所示《2-C械m=I，II，r1，2，=r2(1+《)nt)《(a)N)W;(s)g(械m=III，r(14)r,，r。1，子矩陣Di/'m分別對(duì)應(yīng)于虛擬裂紋擴(kuò)展模式A^;《""j=1，2，…，N下參考載荷r=巧，r2，r3對(duì)裂紋模式m=I，II，III的第i個(gè)分量B"的貢獻(xiàn)；共有NXN塊子矩陣，每塊都是3X3矩陣；總系數(shù)矩陣D是窄帶寬塊狀對(duì)稱(chēng)矩陣；式(12)右端的J向量的子向量J(r，ASj)，j=1，2，…，N對(duì)應(yīng)于式(7)右端的外載荷與相應(yīng)參考載荷r=巧，r2，r3在虛擬裂紋擴(kuò)展模式^=j^下的權(quán)函數(shù)[^"]^的乘積的積分；其中的系數(shù)值J(r，ASj)，如式(15)所示JO,AS,):+《TMln&v(a(a)@*(a))i"i，r2，r3，j1，2，…，N2一(15)方程組(7)式或者(12)式共有3N個(gè)方程，3N個(gè)未知待定系數(shù)；求解關(guān)于未知系數(shù)Ami的線(xiàn)性方程組(7)式或者(12)式；然后代入式(4)和式(3)，就可以得到外載荷作用下裂紋前緣的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子的分離值K/w、Knw、Kn/a)以及它們沿裂紋前緣的分布情況的數(shù)值解。作為優(yōu)選的一種方案，所述確定方法還包括8)、利用步驟1)至步驟7)的自身一致性，即對(duì)于基本參考載荷巧、^和r3自身來(lái)說(shuō)方程組(7)也成立這樣一個(gè)自身封閉的條件，來(lái)求解基本參考載荷巧、r2和r3單獨(dú)作用情況下裂紋前緣的參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子分布函數(shù)K,1)、Id,2)和Km(r3)的具有很高精度12的或者說(shuō)對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的結(jié)構(gòu)有限元離散化模型來(lái)說(shuō)是最合理最精確的數(shù)值解。辦法是，將步驟l)至步驟7)中的外載荷(a)分別取為步驟3)中選定的基本參考載荷^、^和r3單獨(dú)作用的情況，并記為外載荷(ai)、(a2)和(a3);然后由參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子K,D、Kn^和Kn,3)的某組初步近似估計(jì)值開(kāi)始，先通過(guò)步驟l)至步驟7)計(jì)算出對(duì)應(yīng)于外載荷(a》、(a2)和(a3)，即參考載荷巧、r2和r3單獨(dú)作用情況下的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子Km(al)、Km(a2)和Km(3)，m=I，II，III;然后利用下式(16)求得新的參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子分布函數(shù)K,"、Kn(r2)和Km的的更精確的近似估計(jì)值(K,")new、(Kn的)鵬和(Km)咖W)廣(《))腳(16)(《)廣9)、反復(fù)執(zhí)行上述步驟3)至步驟7)以及步驟8)，形成一個(gè)迭代過(guò)程，得到參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子K,"、Kn(動(dòng)和Kn,3)的近似估計(jì)值的一個(gè)序列(K,")旨、(Kn(動(dòng))鵬和(Kmto))n以及對(duì)應(yīng)的外載荷(a》、(a2)和(a3)單獨(dú)作用情況下的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子Km(a"、Km(a2)和K^3)的計(jì)算值的一個(gè)序列，其中HI=I，II，III;根據(jù)迭代過(guò)程中首輪近似估計(jì)值的精確程度，經(jīng)過(guò)若干輪的迭代計(jì)算，序列(K,1))，、(Kn(r勺旨和(Km(,^就可以收斂于一組穩(wěn)定的值，該收斂值(C(Kn(動(dòng))加w和(Kn,3))1^以及對(duì)應(yīng)的Km(a"、lC必和Km(a3)，m=I，II，III的計(jì)算值就是參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子分布函數(shù)K,D、Kn(r2)和KIn(r3)以及Km(al)、Km(a2)和Km(a3)，m=I，II，III的具有很高精度的或者說(shuō)對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的結(jié)構(gòu)有限元離散化模型來(lái)說(shuō)是最合理最精確的數(shù)值解。進(jìn)一步，所述確定方法還包括10)、將步驟9)中所求得的新的參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子K,"、Kn(r2)和Kmto)的具有很高精度的或者說(shuō)對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的結(jié)構(gòu)有限元離散化模型來(lái)說(shuō)是最合理最精確的數(shù)值解、相應(yīng)的權(quán)函數(shù)^"，r二ivr2，r3以及其它的熱載荷、表面力載荷和體積力載荷直接代入式《fl(7)，僅通過(guò)外載荷與權(quán)函數(shù)的乘積的簡(jiǎn)單積分計(jì)算和重新求解方程組，不需要再進(jìn)行麻煩的有限元分析計(jì)算，就可以以極高的計(jì)算效率，求得其它任意的熱載荷、表面力載荷和體積力載荷(a)作用情況下的裂紋前緣的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子的分離值K，'、KnW、Kn，以及它們沿裂紋前緣的分布情況的具有相當(dāng)高精度的數(shù)值解。作為優(yōu)選的再一種方案，所述確定方法還包括11)、直接選取待求的復(fù)雜載荷工況作為步驟3)中的3種相互獨(dú)立的基本參考載荷巧、^和r3中的一種或多種參考載荷，然后執(zhí)行步驟l)至步驟7)，并執(zhí)行步驟8)至步驟9)的迭代計(jì)算，獲得K,"、Kn(r2)和Km的的近似估計(jì)值的一個(gè)序列(K,")鵬、(Kn(動(dòng))加w和(Kmto))n以及對(duì)應(yīng)的外載荷(a》、(a》和(a》，即包括待求解的復(fù)雜載荷工況在內(nèi)的參考載荷巧、r2和r3單獨(dú)作用情況下的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子Km(al)、Km(a2)和Km(a3)，m=I，II，III的計(jì)算值的一個(gè)序列；由序列(C(Kn(動(dòng))鵬和(Km(,new的收斂值以及對(duì)應(yīng)的1031)、1(,2)和Km^，m二I，II，III的計(jì)算值，獲得待求的復(fù)雜載荷作用情況下I、11、111型應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Kin的分離以及K工、Kn和Km沿裂紋前緣分布函數(shù)的具有很高精度的精確的數(shù)值解。這個(gè)數(shù)值解對(duì)于所求解的復(fù)雜載荷工況以及所用到的具體結(jié)構(gòu)有限元離散化模型來(lái)說(shuō)將被認(rèn)為是最合理的和最精確的數(shù)值解。這一種執(zhí)行方法具有計(jì)算精度特別高的特點(diǎn)。或者是所述確定方法還包括12)、在前期計(jì)算階段，先任意地選取3種相互獨(dú)立的載荷作用情況作為步驟3)中的3種基本參考載荷巧、^和iv然后執(zhí)行步驟l)至步驟7)，并執(zhí)行步驟8)至步驟9)的迭代計(jì)算，獲得K,"、Kn(動(dòng)和Km(")的近似估計(jì)值的一個(gè)序列(K,")n:(Kn(動(dòng))咖和(Kmto))n以及對(duì)應(yīng)的外載荷(a》、(a2)和(a3)單獨(dú)作用情況下的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子Km(a"、Km(a2)和1^3)，111=I，II，III的計(jì)算值的一個(gè)序列；由序列(K,")1^(Kn(動(dòng))加w和(KInto))n的收斂值以及對(duì)應(yīng)的Km(a"、Km(a2)和K3)，HI=I，II，III的計(jì)算值，獲得參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子K,"、Kn(r2)和Km(r3)沿裂紋前緣分布函數(shù)的具有很高精度的精確的數(shù)值解；然后，在后期計(jì)算階段，再將待求的復(fù)雜載荷(a)作用到形體上，并利用上面已經(jīng)確定的K,"、Kn'r2)和Km")的具有很高精度的精確解以及相應(yīng)的權(quán)函數(shù)^~，r=I^IV^《a代入，執(zhí)行步驟(10)，僅通過(guò)載荷與權(quán)函數(shù)的乘積的積分和重新求解方程組的方法，來(lái)高效率地求得復(fù)雜載荷(a)作用情況下I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子K，、Kn(a)、Kin(a)的分離值以及它們沿裂紋前緣分布函數(shù)的具有相當(dāng)高精度的精確的數(shù)值解。這一種執(zhí)行方法具有計(jì)算效率特別高而又具有較高精度的特點(diǎn)。再進(jìn)一步，所述的基本插值型函數(shù)Ni(s)和局部變分函數(shù)N'j(s)取為相同的函數(shù)；也可以取為不同的函數(shù)。更進(jìn)一步，所述的基本插值型函數(shù)Ni(s)和局部變分函數(shù)N'j(s)，取為線(xiàn)性模式的一次函數(shù)，需要N個(gè)分點(diǎn)。或者是，所述的基本插值型函數(shù)Ni(s)和局部變分函數(shù)N'j(s)，取為高次模式的二次或二次以上(L次)函數(shù)，需要N=LM+1個(gè)分點(diǎn)，M為正整數(shù)。本發(fā)明的工作原理是一種利用有限個(gè)特殊的局部變分模式和特殊的插值方式，來(lái)近似地求解熱載荷、表面力載荷和體積力載荷單獨(dú)作用或共同作用情況下的三維I、II、III型復(fù)合的復(fù)合型裂紋問(wèn)題通用權(quán)函數(shù)法基本方程(含有變分的積分方程，稱(chēng)為復(fù)雜問(wèn)題變分型積分方程)的全新型數(shù)值確定方法，我們稱(chēng)之為復(fù)雜問(wèn)題有限變分法；用來(lái)高精度、高效率地求解熱載荷、表面力載荷和體積力載荷單獨(dú)作用或共同作用情況下三維i、n、III復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Kin的分離問(wèn)題，并確定它們沿裂紋前緣的分布函數(shù)K，)、Kn(a)和Km(a)的數(shù)值解。技術(shù)方案要點(diǎn)是，建立熱載荷、表面力載荷和體積力載荷單獨(dú)作用或共同作用情況下的三維I、II、III復(fù)合型裂紋問(wèn)題通用權(quán)函數(shù)法基本方程(復(fù)雜問(wèn)題變分型積分方程)；將宏觀(guān)的變分域分割為有限個(gè)子變分域；同時(shí)基于該離散分割，構(gòu)造特殊的基本插值型函數(shù)和特殊的局部變分函數(shù)；然后，利用這些基本插值型函數(shù)對(duì)待求變量(熱載荷、表面力載荷和體積力載荷單獨(dú)作用或共同作用情況下三維I、II、III復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子沿裂紋前緣的分布函數(shù)K，)、Kn(a)和Km(a))進(jìn)行離散化插值處理；同時(shí)，引入定義在整個(gè)宏觀(guān)變分域上的基本變分模式，并利用局部變分函數(shù)構(gòu)造和產(chǎn)生有限個(gè)局部變分模式；再選擇3種相互獨(dú)立的基本參考載荷r=巧，iviv對(duì)這樣產(chǎn)生的有限個(gè)(N個(gè))局部變分模式ASj，(j=1，2，…，N)，對(duì)基本方程(復(fù)雜問(wèn)題變分型積分方程)進(jìn)行積分計(jì)算，形成含有3N個(gè)未知量和3N個(gè)方程的一個(gè)獨(dú)特的具有較好計(jì)算性能的線(xiàn)性方程組；為了求解此方程組，接下來(lái)將方程組改寫(xiě)為等效的矩陣形式I或形式II(式(8)或式(12))，再利用計(jì)算機(jī)用線(xiàn)性方程組求解程序求解此方程組；求解此線(xiàn)性方程組，求得3N個(gè)待定的未知量，然后代入前面引入的K/a)、Kn(a)和Km(a)的離散插值表達(dá)式，求得K，'、KnW和Kn，；這樣，就實(shí)現(xiàn)了K，'、KnW和Kn，'的分離，并確定了待求變量K，、Kn(a)和Km(a)沿宏觀(guān)變分域(裂紋前緣)的分布。此外，利用上述方法的自身一致性，可以建立起一個(gè)收斂的迭代過(guò)程，利用迭代的方法直接求得任意參考載荷(熱載荷、表面力載荷或體積力載荷)作用情況下的三維I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子沿裂紋前緣分布函數(shù)K,)、KnW和Km(r)的最合理最精確的數(shù)值解。因此，利用本方法的自身一致性，可以直接使用應(yīng)力強(qiáng)度因子解尚為未知的任意的參考載荷r=巧，r2，iv來(lái)實(shí)施本方法中的所有計(jì)算，從而避免了通常的應(yīng)力權(quán)函數(shù)法中關(guān)于參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子必須預(yù)先知道的先決條件限制。將上面所求得的參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子分布函數(shù)K,1)、Kn(r2)和Kmto)的最合理最精確的數(shù)值解再次代入前面形成的方程組，就可以高精度、高效率地確定其它任意的熱載荷、表面力載荷和體積力載荷(a)作用情況下的裂紋前緣的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子的分離值K/氣Kn(a)、Km(a)以及它們沿裂紋前緣的分布情況的數(shù)值解。當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Km的分布確定以后，就可以確定裂紋在外載荷作用下的擴(kuò)展方向，并且與材料的斷裂韌性Kc進(jìn)行比較，確定結(jié)構(gòu)件的安全性；或者，可以根據(jù)K工、Kn和Km的變化范圍，進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核，確定疲勞壽命。本方法的實(shí)際執(zhí)行效率，可以比現(xiàn)有的其它方法提高幾十倍乃至上百倍；特別是對(duì)于沖擊載荷的情況，利用現(xiàn)有的其它方法需要數(shù)周乃至數(shù)月才能完成的應(yīng)力強(qiáng)度因子分離以及它們沿裂紋前緣的分布確定任務(wù)，利用本方法可以在數(shù)分鐘至數(shù)小時(shí)時(shí)間內(nèi)完成。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在(1)、給出了含有裂紋的復(fù)雜形體在復(fù)雜載荷(可以包括熱載荷、表面力載荷和體積力載荷及其組合)作用下，裂紋前緣的復(fù)合型應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Km的一種新型的高效和高精度的分離計(jì)算確定方法，以及K工、Kn和Kin沿裂紋前緣分布函數(shù)的數(shù)值解的高效和高精度的計(jì)算確定方法。具體執(zhí)行辦法有兩種選擇。第一種選擇是執(zhí)行步驟ll)，這種執(zhí)行方法具有極高的計(jì)算精度。第二種選擇是執(zhí)行步驟12)，這種執(zhí)行方法具有極高的計(jì)算效率和很高的計(jì)算精度。(2)、本方法不僅適用于單純I型、單純II型或單純III型的簡(jiǎn)單的裂紋問(wèn)題，更可以適用于I型、II型和III型復(fù)合的復(fù)雜的復(fù)合型裂紋問(wèn)題，用來(lái)求解復(fù)合型裂紋前緣的應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Km的分離以及它們沿裂紋前緣的分布函數(shù)的數(shù)值解。(3)、在本方法的執(zhí)行過(guò)程中，任意一種應(yīng)力強(qiáng)度因子解尚為未知的復(fù)雜載荷(可以包括熱載荷、表面力載荷和體積力載荷及其組合)都可以被選擇用來(lái)作為計(jì)算過(guò)程中的基本參考載荷，也就是說(shuō)，通常的基于疊加原理的應(yīng)力權(quán)函數(shù)法中關(guān)于參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子必須預(yù)先知道的先決限制條件，在本方法中可以不受這樣的先決條件限制，參考載荷可以根據(jù)計(jì)算需要來(lái)任意地選擇。比如，當(dāng)需要的計(jì)算精度要求特別高時(shí)，可以按照前面所述的第一種執(zhí)行方法來(lái)選擇參考載荷；當(dāng)需要的計(jì)算效率要求特別高時(shí)，可以按照前面所述的第二種執(zhí)行方法來(lái)選擇參考載荷。(4)、具有很高的計(jì)算精度。因?yàn)楦鶕?jù)本方法所得到的線(xiàn)性方程組具有良好的數(shù)值計(jì)算性能。比如，當(dāng)選取的基本插值型函數(shù)Ni(s)和局部變分函數(shù)N'j(s)均取為一次線(xiàn)性函數(shù)時(shí)，矩陣方程形式I中的總系數(shù)矩陣C由6塊具有強(qiáng)對(duì)角優(yōu)勢(shì)的三對(duì)角對(duì)稱(chēng)子矩陣CJ'm組成；或者，矩陣方程形式II中的總系數(shù)矩陣D是具有強(qiáng)對(duì)角優(yōu)勢(shì)的半帶寬為6的窄帶系數(shù)矩陣，且對(duì)角元通常為大數(shù)。當(dāng)選取的基本插值型函數(shù)Ni(s)和局部變分函數(shù)N'j(s)均取為二次函數(shù)時(shí)，矩陣方程形式I中的總系數(shù)矩陣C由6塊具有強(qiáng)對(duì)角優(yōu)勢(shì)的五對(duì)角對(duì)稱(chēng)子矩陣Ci/'m組成；或者，矩陣方程形式II中的總系數(shù)矩陣D是具有強(qiáng)對(duì)角優(yōu)勢(shì)的半帶寬為9的窄帶系數(shù)矩陣，且對(duì)角元通常也為大數(shù)。因此由于參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子分布函數(shù)K,"、Kn(動(dòng)和Kn,3)估計(jì)不準(zhǔn)所產(chǎn)生的局部誤差以及基本方程在局部點(diǎn)處(比如裂紋前緣與形體表面的交點(diǎn)處)不能夠嚴(yán)格地成立所產(chǎn)生的局部誤差只會(huì)對(duì)相鄰的幾個(gè)點(diǎn)處的計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響，不會(huì)對(duì)較遠(yuǎn)的點(diǎn)處的計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響，即局部誤差不會(huì)被擴(kuò)展到遠(yuǎn)處去。(5)、對(duì)于載荷隨時(shí)間變化的問(wèn)題，比如對(duì)于熱沖擊、表面力沖擊或體積力沖擊載荷的情況，或?qū)τ谄渌膽?yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Km分布隨時(shí)間變化的情況，具有極高的確定效率。對(duì)于這些情況，可以免除以往的直接彈性力學(xué)法或基于疊加原理的應(yīng)力權(quán)函數(shù)法中所必須進(jìn)行的反復(fù)多次的應(yīng)力場(chǎng)分析或位移場(chǎng)分析計(jì)算，直接利用載荷與通用權(quán)函數(shù)的乘積的積分來(lái)確定整個(gè)裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Km的分布隨時(shí)間的變化，大大簡(jiǎn)化確定過(guò)程，大大提高效率。復(fù)雜問(wèn)題有限變分法的實(shí)際執(zhí)行效率，可以比現(xiàn)有的其它方法提高幾十倍乃至上百倍；特別是對(duì)于沖擊載荷的情況，利用現(xiàn)有的其它方法需要數(shù)周乃至數(shù)月才能完成的應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布確定任務(wù)，利用本方法可以在數(shù)分鐘至數(shù)小時(shí)時(shí)間內(nèi)完成。(6)、對(duì)于某一個(gè)具體的問(wèn)題，可以引進(jìn)無(wú)窮多個(gè)線(xiàn)性無(wú)關(guān)的局部變分模式和基本插值型函數(shù)。因此，對(duì)于應(yīng)力強(qiáng)度因子沿裂紋前緣急劇變化的復(fù)雜情況，本方法具有很好的數(shù)值模擬能力和很高的精度。我們可以根據(jù)具體問(wèn)題的具體情況以及精度的具體要求，對(duì)宏觀(guān)變分域進(jìn)行合理的分割；在應(yīng)力強(qiáng)度因子變化劇烈的地方，分割點(diǎn)可以密一些；在應(yīng)力強(qiáng)度因子變化比較平緩的地方，分割點(diǎn)可以稀疏一些；除了線(xiàn)性模式的函數(shù)以外，在精度要求比較高的地方，還可以引入二次或更高次數(shù)模式的基本插值型函數(shù)和局部變分函數(shù)。這樣，就可以根據(jù)具體問(wèn)題的具體情況，靈活地調(diào)整具體計(jì)算格式，從而達(dá)到更高的精度。(7)、本方法不僅適用于裂紋面上的表面力載荷，而且適用于溫度載荷、非裂紋面面力載荷和體積力載荷的情況。對(duì)于所有這些載荷，都可以利用基本方程，通過(guò)載荷與通用權(quán)函數(shù)的乘積的積分來(lái)直接確定應(yīng)力強(qiáng)度因子的分布。(8)、本方法不受幾何條件復(fù)雜性的限制。對(duì)于形體外形或裂紋幾何比較復(fù)雜的情形，不需要求出權(quán)函數(shù)的解析表達(dá)式或近似表達(dá)式，可以直接利用有限元法或邊界元法的位移場(chǎng)解，來(lái)計(jì)算數(shù)值解形式的通用權(quán)函數(shù)；然后，利用基本方程，通過(guò)載荷與通用權(quán)函數(shù)的乘積的積分來(lái)直接進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Km的分離和它們沿裂紋前緣的分布情況的確定計(jì)算。(9)、對(duì)于曲線(xiàn)型裂紋前緣的三維裂紋問(wèn)題(比如橢圓、半橢圓和部分橢圓型深埋裂紋或表面裂紋問(wèn)題)，具有很好的數(shù)值模擬和求解能力，可以得到很高的精度。圖1表示一種結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法的流16程。圖2表示一種結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法的第一種執(zhí)行方法(高精度執(zhí)行模式)流程。圖3表示一種結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法的第二種執(zhí)行方法(高效率執(zhí)行模式)流程。圖4表示基本變分模式SAQ和局部變分模式S。asj(以線(xiàn)性模式為例)及相互之間的關(guān)系。其中，crackfront表示裂紋前緣。圖5表示局部變分函數(shù)和基本插值型函數(shù)Nj(s)(線(xiàn)性模式)的構(gòu)造方法。圖6表示局部變分函數(shù)和基本插值型函數(shù)Nj(s)(二次模式)的構(gòu)造方法。圖7表示局部變分函數(shù)和基本插值型函數(shù)Nj(s)(L次模式，以3次模式為例)的構(gòu)造方法。圖8表示實(shí)施例2的兩端Z向固定平板中半橢圓表面裂紋在裂紋面力作用下裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Kin分離及其分布確定的第一種執(zhí)行方法(高精度執(zhí)行模式)確定結(jié)果。其中的圖例說(shuō)明中，KI表示K工，KII表示Kn，Kill表示Km，rl表示裂紋面壓力作用的情況，r2表示沿X方向作用裂紋面剪力作用的情況，r3表示沿Y方向作用裂紋面剪力作用的情況，F(xiàn)VM表示用本發(fā)明的方法即復(fù)雜問(wèn)題有限變分法的計(jì)算結(jié)果，COD表示用裂紋面張開(kāi)位移法的計(jì)算結(jié)果，J表示用J-積分法的計(jì)算結(jié)果，K表示用交互作用積分法進(jìn)行K值分離的計(jì)算結(jié)果；semi-ellipticalsurfacecrackinaplatefixedattwoendsalongZdirection表示沿Z方向兩端固定的平板中半橢圓表面裂紋，a表示半橢圓表面裂紋的深度，T表示板的厚度，c表示半橢圓表面裂紋的長(zhǎng)度。圖9表示實(shí)施例3的兩端Z向固定平板中半橢圓表面裂紋在板表面壓力和溫度載荷作用下裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Kin分離及其分布確定的第二種執(zhí)行方法(高效率執(zhí)行模式)確定結(jié)果。其中的圖例說(shuō)明中，KI表示K工，KII表示Kn，KIII表示Km，p4表示整個(gè)板的前表面作用均布?jí)毫Φ那闆r，p5表示板的上下左右四個(gè)象限的前表面分別作用交錯(cuò)的均布?jí)毫Φ那闆r，P6表示只在板的上半部的前表面作用均布?jí)毫Φ那闆r，p7表示整個(gè)板作用均勻溫度下降的熱載荷作用的情況，F(xiàn)VM表示用本發(fā)明的方法即復(fù)雜問(wèn)題有限變分法的計(jì)算結(jié)果，COD表示用裂紋面張開(kāi)位移法的計(jì)算結(jié)果；semi-ellipticalsurfacecrackinaplatefixedattwoendsalongZdirection表不沿Z方向兩端固定的平板中半橢圓表面裂紋，a表示半橢圓表面裂紋的深度，T表示板的厚度，c表示半橢圓表面裂紋的長(zhǎng)度。圖10表示實(shí)施例4的兩端Z向固定平板中半橢圓表面裂紋在板的部分表面同時(shí)作用熱沖擊和壓力沖擊(承壓熱沖擊)的情況下，裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Km分布隨時(shí)間變化的時(shí)間歷程的確定結(jié)果。其中，M表示與應(yīng)力強(qiáng)度因子K對(duì)應(yīng)的無(wú)因次的應(yīng)力強(qiáng)度因子放大系數(shù)，圖10(a)表示K工分布隨時(shí)間變化的時(shí)間歷程的確定結(jié)果，圖10(b)表示Kn分布隨時(shí)間變化的時(shí)間歷程的確定結(jié)果，圖10(c)表示Km分布隨時(shí)間變化的時(shí)間歷禾呈的石角定結(jié)果；semi-ellipticalsurfacecrackinaplatefixedattwoendsalongZdirection表示沿Z方向兩端固定的平板中半橢圓表面裂紋，a表示半橢圓表面裂紋的深度，T表示板的厚度，c表示半橢圓表面裂紋的長(zhǎng)度，pressurizedthermalshockonpatialoftheplatesurface表示部分板表面經(jīng)受承壓熱沖擊。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例1參照?qǐng)D1、圖4、圖5、圖6、圖7，一種結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法，該方法主要包括以下步驟(參見(jiàn)附圖1):1)、給出結(jié)構(gòu)件所承受的熱載荷、表面力載荷和體積力載荷，以及在所述三種載荷單獨(dú)作用或共同作用下的以變分型積分方程形式表示的三維I、II、III型復(fù)合的復(fù)合型裂紋問(wèn)題通用權(quán)函數(shù)法基本方程(復(fù)雜問(wèn)題變分型積分方程)，如式(1)所示；2)、用N個(gè)節(jié)點(diǎn)，將裂紋前緣分割為任意N-1個(gè)子段，在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)j處引入一個(gè)基本插值型函數(shù)Nj(S)和一個(gè)局部變分函數(shù)N'j(S)，它們都滿(mǎn)足條件式(2);3)、選擇3種相互獨(dú)立的基本參考載荷巧、r2和iv它們的I、II、III型參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子沿裂紋前緣的分布函數(shù)分別為K,"、Kn(r2)和Km(r3)。將未知的應(yīng)力強(qiáng)度因子K/氣Kn(a)、Km(a)沿裂紋前緣的分布函數(shù)表示為式(3)和式(4)。其中，不失一般性，A^""，m=Ln，m可以取為常數(shù)1或者是其它的不全為0的適當(dāng)?shù)姆植己瘮?shù)；4)、在整個(gè)裂紋前緣引入一個(gè)宏觀(guān)的基本變分模式S。a』，如式(5)。其中，S。a是某個(gè)特征裂紋長(zhǎng)度a的變分，它是S。as°的度量，g(s)是一個(gè)無(wú)因次擴(kuò)展函數(shù)；5)、在N個(gè)節(jié)點(diǎn)處引入N個(gè)局部變分模式，如式(6)。其中，N'j(s)為局部變分函數(shù)；6)、分別對(duì)于上述3種基本參考載荷ri、r2和r3，以及N個(gè)局部變分模式S。asj，列出3N個(gè)方程，并計(jì)算方程兩端的積分，得到關(guān)于3N個(gè)待定系數(shù)Ami，m二I，II，III，i=1，2，…，N的線(xiàn)性方程組，如式(7);7)、為了求解方程組式(7)，可以將它重新改寫(xiě)為等效的矩陣方程形式I，如式(8)，其中的系數(shù)如式(9)、式(10)和式(11)所示(或者將它重新改寫(xiě)為等效的矩陣方程形式II，如式(12)，其中的系數(shù)如式(13)、式(14)和式(15)所示)；方程組(7)式或者(8)式或者(12)式共有3N個(gè)方程，3N個(gè)未知待定系數(shù)。求解關(guān)于未知系數(shù)Ami的線(xiàn)性方程組，然后代入式(4)和式(3)，就可以得到外載荷作用下裂紋前緣的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子的分離值K，)、Kn(a)、Kin(a)以及它們沿裂紋前緣的分布情況的數(shù)值解。8)、利用本方法的自身一致性，即式(1)對(duì)于參考載荷本身也成立這樣一個(gè)條件，可以直接利用根據(jù)步驟1)至步驟7)所編制的程序，來(lái)求解基本參考載荷巧、r2和r3單獨(dú)作用情況下裂紋前緣的參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子分布函數(shù)K,"、Kn(r2)和Km")的具有很高精度的精確的數(shù)值解。辦法是，將步驟l)至步驟7)中的外載荷(a)分別取為步驟3)中選定的基本參考載荷巧、r2和r3單獨(dú)作用的情況，并記為外載荷(ai)、(a2)和(a3)。然后由參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子K,1)、Kn(r2)和Kinto)的某組初步近似估計(jì)值開(kāi)始(首輪近似估計(jì)值可以任意設(shè)定)，先通過(guò)步驟1)至步驟7)計(jì)算出對(duì)應(yīng)于外載荷(ai)、(a2)和(a3)(即參考載荷r^2和r3)單獨(dú)作用情況下的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子Km(a"、Km(a2)和K^3)，HI=I，II，III，然后利用式(16)求得新的參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子分布函數(shù)K,1)、Kn(r2)和Kmto)的更精確的近似估計(jì)值(K,")加\(Kn(r2))new禾口(KnI)鵬；9)、反復(fù)執(zhí)行上述步驟3)至步驟7)以及步驟8)，形成一個(gè)迭代過(guò)程，就可以得到參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子K,"、Kn(r2)和Kn,3)的近似估計(jì)值的一個(gè)序列(C(Kn(r2))new和(Krato))n以及對(duì)應(yīng)的外載荷(a》、(a2)和(a3)(即參考載荷ri、r2和r3)單獨(dú)作用情況下的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子Km""."32)和K^3),HI=I，II，III的計(jì)算值的一個(gè)序列。根據(jù)迭代過(guò)程中首輪近似估計(jì)值的精確程度，經(jīng)過(guò)若干輪(一般只需要1輪、2輪或3輪左右)的迭代計(jì)算，序列(C(Kn(r2))nelP(Km(,鵬就收斂于一組穩(wěn)定的值。該收斂值(K,")new、(Kn(r2))加w禾P(KnI("))鵬以及對(duì)應(yīng)的K^"、K邁"2)和K邁"3)，HI=I，II，III的計(jì)算值就是參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子分布函數(shù)K,"、Kn6^和Kn"以及K"、lC必和K"，m=I，II，III的具有很高精度的精確的數(shù)值解。10)、將在步驟9)中所求得的新的參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子K,"、Kn(r2)和Kmto)的精確數(shù)值解、相應(yīng)的權(quán)函數(shù)^~一，r=巧，r2，r3以及熱載荷、表面力載荷和體積力載荷直接代入式(7)，重新求解方程組，可以進(jìn)一步求得其它任意的熱載荷、表面力載荷和體積力載荷(a)作用情況下的裂紋前緣的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子的分離值K，)、Kn(a)、Kin(a)以及它們沿裂紋前緣的分布情況的數(shù)值解。對(duì)于二次及二次以上的局部變分函數(shù)和基本插值型函數(shù)Nj(s)的構(gòu)造，節(jié)點(diǎn)總數(shù)需滿(mǎn)足相應(yīng)次數(shù)的要求，比如對(duì)于二次，N為奇數(shù)2M+1;對(duì)于L次，N為L(zhǎng)M+1;其中M為正整數(shù)。實(shí)施例2參照?qǐng)D1、圖2、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8，根據(jù)實(shí)施例1所述的結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法，對(duì)兩端Z向固定平板中半橢圓表面裂紋在3種裂紋面力作用下裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Km分離及其分布，按照?qǐng)D2所示的第一種執(zhí)行方法(高精度執(zhí)行模式)進(jìn)行了確定。圖8表示深度比a/T=0.5，形態(tài)比a/c=0.5的半橢圓表面裂紋，在上下裂紋面均布?jí)毫Α方向裂紋面均布剪力和Y方向裂紋面均布剪力等三種載荷作用情況下，裂紋前緣的應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Kin的分離結(jié)果以及它們沿裂紋前緣的分布情況。其中，M為無(wú)因次應(yīng)力強(qiáng)度因子，小為裂紋前緣的位置(參數(shù)角)。記號(hào)中，后綴—FVM表示使用本方法的確定結(jié)果，其余后綴表示使用不同的其它程序和其它方法進(jìn)行計(jì)算所得到的一部分計(jì)算結(jié)果比較好的確定結(jié)果。除了裂紋與形體自由表面的交點(diǎn)處及附近以外，本方法的確定結(jié)果與其它計(jì)算結(jié)果比較好的確定結(jié)果之間的誤差小于1%。實(shí)施例3參照?qǐng)D1、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖9，根據(jù)實(shí)施例1所述的結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法，對(duì)兩端Z向固定平板中半橢圓表面裂紋在幾種板表面壓力及溫度載荷作用下裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Km分離及其分布，按照?qǐng)D3所示的第二種執(zhí)行方法(高效率執(zhí)行模式)進(jìn)行了確定。圖9表示深度比a/T二0.5，形態(tài)比a/c=0.5的半橢圓表面裂紋，在板前表面均布?jí)毫?、板前表面交錯(cuò)均布?jí)毫?、上半部板表面均布?jí)毫腿寰鶆驕囟认陆档人姆N載荷作用情況下，裂紋前緣的應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Kin的分離結(jié)果以及它們沿裂紋前緣的分布情況。其中，使用例2中的3種載荷作為參考載荷，并利用例2所確定的參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子的具有很高精度的精確值來(lái)實(shí)施本19次的高效率執(zhí)行模式的計(jì)算工作。M為無(wú)因次應(yīng)力強(qiáng)度因子，小為裂紋前緣的位置(參數(shù)角)。記號(hào)中，后綴_FVM表示本方法的確定結(jié)果，后綴_C0D表示使用裂紋面張開(kāi)位移法進(jìn)行計(jì)算的確定結(jié)果。除了裂紋與形體自由表面的交點(diǎn)處及附近以外，本方法的確定結(jié)果與裂紋面張開(kāi)位移法的確定結(jié)果之間的誤差小于1.9%。實(shí)施例4參照?qǐng)D1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖10(a)、圖10(b)、圖10(c)，根據(jù)實(shí)施例1所述的結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法，對(duì)兩端Z向固定平板中半橢圓表面裂紋在部分板表面(板的上半部l/4表面)經(jīng)受熱沖擊和壓力沖擊的聯(lián)合作用情況下，整個(gè)裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Kin的分布隨時(shí)間變化的時(shí)間歷程，進(jìn)行了確定。圖IO表示深度比a/T=0.5，形態(tài)比a/c=0.5的半橢圓表面裂紋，在部分板表面(板的上半部1/4表面)經(jīng)受熱沖擊和壓力沖擊的聯(lián)合作用情況下，整個(gè)裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Km的分布隨時(shí)間變化的時(shí)間歷程，其中，圖10(a)表示K工的分布隨時(shí)間變化的時(shí)間歷程，圖10(b)表示Kn的分布隨時(shí)間變化的時(shí)間歷程，圖10(c)表示Km的分布隨時(shí)間變化的時(shí)間歷程。其中，使用例2中的3種載荷作為參考載荷，并利用例2所確定的參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子的具有很高精度的精確值來(lái)實(shí)施本次的高效率執(zhí)行模式的計(jì)算工作。M工、Mn和Mm分別為I、II和III型的無(wú)因次應(yīng)力強(qiáng)度因子，小為裂紋前緣的位置(參數(shù)角)，t為時(shí)間。對(duì)沖擊過(guò)程中的60個(gè)時(shí)間點(diǎn)的裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Km的分布進(jìn)行了確定。如果利用現(xiàn)有的彈性力學(xué)直接法或應(yīng)力權(quán)函數(shù)法或交互作用積分法來(lái)確定的話(huà)，分別需要進(jìn)行60次有限元分析計(jì)算和60次應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算。但利用本發(fā)明的技術(shù)進(jìn)行確定，則總共只需進(jìn)行1次通用權(quán)函數(shù)及參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算和1次沖擊載荷情況下的應(yīng)力強(qiáng)度因子積分計(jì)算，總效率提高了幾十倍；而且，精度也比前面的方法要來(lái)得高。如果進(jìn)一步，需要進(jìn)行10種沖擊條件下的結(jié)構(gòu)安全性評(píng)定，則利用現(xiàn)有的彈性力學(xué)直接法或應(yīng)力權(quán)函數(shù)法或交互作用積分法來(lái)確定裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子的分布的話(huà)，分別需要進(jìn)行600次有限元分析計(jì)算和600次應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算；計(jì)算工作量大得在工程上難以承受。但利用本發(fā)明的技術(shù)進(jìn)行確定，則總共只需進(jìn)行1次通用權(quán)函數(shù)及參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算和10次沖擊載荷情況下的應(yīng)力強(qiáng)度因子積分計(jì)算，可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成，總計(jì)算效率更高。由于本問(wèn)題用現(xiàn)有的其它方法來(lái)進(jìn)行確定所需的計(jì)算工作量太大，尚未見(jiàn)到其它人有對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行如此詳細(xì)的確定結(jié)果的文獻(xiàn)報(bào)道。權(quán)利要求一種結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法，其特征在于所述確定方法包括以下步驟1)、給出結(jié)構(gòu)件所承受的熱載荷、表面力載荷和體積力載荷，以及在所述三種載荷單獨(dú)作用或共同作用下的以變分型積分方程形式表示的三維I、II、III型復(fù)合的復(fù)合型裂紋問(wèn)題通用權(quán)函數(shù)法基本方程，即復(fù)雜問(wèn)題變分型積分方程，如式(1)其中，變分符號(hào)δc(...)表示物理量(...)關(guān)于裂紋位置的一階偏變分；即當(dāng)只有裂紋位置發(fā)生改變，而其它都不改變時(shí)，相應(yīng)物理量(...)的一階變分；u(r)、t(r)和KI(r)、KII(r)、KIII(r)分別是某一個(gè)任意的參考載荷(r)作用時(shí)的位移函數(shù)、邊界面力函數(shù)和I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子分布函數(shù)；u(a)、t(a)、f(a)、Θ(a)和KI(a)、KII(a)、KIII(a)分別是所需要求解的載荷(a)作用時(shí)的邊界位移函數(shù)、邊界面力函數(shù)、體積力函數(shù)、溫度分布函數(shù)和沿裂紋前緣的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子分布函數(shù)；E、v、H和α分別是材料的彈性模量、泊松比、等效彈性常數(shù)和熱膨脹系數(shù)；Γ是裂紋前緣，s是沿裂紋前緣的弧長(zhǎng)；∑t、∑u、∑和V分別是面力已知邊界、位移已知邊界、形體邊界和形體體積；n為外法向矢量；2)、用N個(gè)節(jié)點(diǎn)，將裂紋前緣分割為任意N-1個(gè)子段，在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)j處引入一個(gè)基本插值型函數(shù)Nj(s)和一個(gè)局部變分函數(shù)N′j(s)，它們都滿(mǎn)足條件式(2)<mrow><msub><mi>N</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>s</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>δ</mi><mi>ij</mi></msub><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn></mtd><mtd><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>=</mo><mi>j</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>≠</mo><mi>j</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow>(2)<mrow><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><msub><mi>N</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>3)、選擇3種相互獨(dú)立的基本參考載荷r1、r2和r3，它們的I、II、III型參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子沿裂紋前緣的分布函數(shù)分別為KI(r1)、KII(r2)和KIII(r3)；將未知的應(yīng)力強(qiáng)度因子KI(a)、KII(a)、KIII(a)沿裂紋前緣的分布函數(shù)表示為式(3)和式(4)<mrow><msubsup><mi>K</mi><mi>m</mi><mrow><mo>(</mo><mi>a</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>=</mo><msub><mi>Ψ</mi><mi>m</mi></msub><mo>·</mo><msubsup><mi>K</mi><mi>m</mi><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>r</mi><mi>m</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>,</mo></mrow>m＝I，II，III(3)<mrow><msub><mi>Ψ</mi><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><msub><mi>A</mi><mi>mi</mi></msub><msub><mi>N</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>m＝I，II，III(4)其中，m＝I，II，III，分別是基本參考載荷r1、r2和r3所對(duì)應(yīng)的I、II和III型參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子沿裂紋前緣的分布函數(shù)KI(r1)、KII(r2)和KIII(r3)的某個(gè)基本分布函數(shù)；4)、在整個(gè)裂紋前緣引入一個(gè)宏觀(guān)的基本變分模式δcas0，如式(5)<mrow><msub><mi>δ</mi><mi>c</mi></msub><msubsup><mi>a</mi><mi>s</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>=</mo><mi>g</mi><mrow><mo>(</mo><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><msub><mi>δ</mi><mi>c</mi></msub><mi>a</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>其中，δca是某個(gè)特征裂紋長(zhǎng)度a的變分，它是δcas0的度量，g(s)是一個(gè)無(wú)因次擴(kuò)展函數(shù)；5)、在N個(gè)節(jié)點(diǎn)處引入N個(gè)局部變分模式，如式(6)<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>S</mi><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>δ</mi><mi>c</mi></msub><msubsup><mi>a</mi><mi>s</mi><mi>j</mi></msubsup><mo>=</mo><msub><msup><mi>N</mi><mo>′</mo></msup><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mi>δ</mi><mi>c</mi></msub><msubsup><mi>a</mi><mi>s</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>,</mo></mrow>j＝1，2，…，N(6)其中，N′j(s)為局部變分函數(shù)；6)、分別對(duì)于上述3種基本參考載荷r1、r2和r3，以及N個(gè)局部變分模式δcasj，列出3N個(gè)方程，并計(jì)算方程兩端的積分，得到關(guān)于3N個(gè)待定系數(shù)Ami的線(xiàn)性方程組，其中，m＝I，II，III，i＝1，2，…，N，式(7)j＝1，2，…，N，r＝r1，r2，r3(7)7)、將方程組(7)改寫(xiě)為等效的矩陣方程形式，然后利用計(jì)算機(jī)的線(xiàn)性方程組求解程序求解關(guān)于3N個(gè)未知系數(shù)Ami的方程組(7)，然后代入式(4)和式(3)，就可以得到外載荷作用下裂紋前緣的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子的分離值KI(a)、KII(a)、KIII(a)以及它們沿裂紋前緣的分布情況的數(shù)值解。FSA00000031445800011.tif,FSA00000031445800012.tif,FSA00000031445800013.tif,FSA00000031445800023.tif,FSA00000031445800026.tif,FSA00000031445800027.tif2.如權(quán)利要求1所述的一種結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法，其特征在于在所述步驟7)中，將方程組(7)重新改寫(xiě)為等效的矩陣方程形式I，如式(8):CA=I(8)或(8，)其中，待求的未知數(shù)向量A的子向量Am,i，如式(9)所示A邁,i=[AmaA邁,2…A邁,N]T，m=I，II，III(9)式(8)左端的系數(shù)矩陣C的子矩陣Ci/'m中的系數(shù)Ci/'m，如式(10)所示·2.,,.......—-....._______<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>子矩陣&/』分別對(duì)應(yīng)于參考載荷r=ri，r2，r3和裂紋模式m=I，II，III情況下式(7)左端的一個(gè)子項(xiàng)；式(8)右端的I向量的子向量I(r，ASj)，r=巧，r2，r3對(duì)應(yīng)于式(7)右端的外載荷與相應(yīng)參考載荷r=巧，ivr3在虛擬裂紋擴(kuò)展模式A^=&《下的權(quán)函數(shù):^"]^^的乘積的積分；其中的系數(shù)值I(r，ASj)，如式(11)所示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>方程組(7)式或者(8)式共有3N個(gè)方程，3N個(gè)未知待定系數(shù)；求解關(guān)于未知系數(shù)Ami的線(xiàn)性方程組(7)式或者(8)式；然后代入式(4)和式(3)。3.如權(quán)利要求1所述的一種結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法，其特征在于在所述步驟7)中，將方程組(7)重新改寫(xiě)為等效的矩陣方程形式II，如式(12):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中，待求的未知數(shù)向量B的子向量Bm,i，如式(13)所示B邁,i=[AuAn,iAm,i]T，i=1，2，…，N(13)式(12)左端的系數(shù)矩陣D的子矩陣Di/'m中的系數(shù)Di/'m，如式(14)所示:a:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>子矩陣Di/'m分別對(duì)應(yīng)于虛擬裂紋擴(kuò)展模式A^=《"f，j=1，2，…，N下參考載荷r=巧，r2，r3對(duì)裂紋模式m=I，II，III的第i個(gè)分量Bm,t的貢獻(xiàn)；共有NXN塊子矩陣，每塊都是3X3矩陣；總系數(shù)矩陣D是窄帶寬塊狀對(duì)稱(chēng)矩陣；式(12)右端的J向量的子向量J(r，ASj)，j=1，2，…，N對(duì)應(yīng)于式(7)右端的外載荷與相應(yīng)參考載荷r=巧，r2，r3在虛擬裂紋擴(kuò)展模式^=<5^下的權(quán)函數(shù)[^~]4。/的乘積的積分；其中的系數(shù)值，如式(15)所示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>(15)方程組(7)式或者(12)式共有3N個(gè)方程，3N個(gè)未知待定系數(shù)；求解關(guān)于未知系數(shù)Ami的線(xiàn)性方程組(7)式或者(12)式；然后代入式(4)和式(3)。4.如權(quán)利要求l-3之一所述的一種結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法，其特征在于所述確定方法還包括8)、將步驟1)至步驟7)中的外載荷(a)分別取為步驟3)中選定的基本參考載荷巧、1~2和1~3單獨(dú)作用的情況，并記為外載荷(a》、(a2)和(a3);然后由參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子K,1)、Knte)和Kinto)的某組初步近似估計(jì)值開(kāi)始，先通過(guò)步驟1)至步驟7)計(jì)算出對(duì)應(yīng)于外載荷(ai)、(a2)和(a3)，即參考載荷巧、r2和r3單獨(dú)作用情況下的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度I，II，III，然后利用下式(16)求得新的參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因m子分布函數(shù)K,"、Kn的和Km(a的更精確的近似估計(jì)值0C")鵬、OC切)new和(Km^)(r2)(r3)(r2)、new(r3)、(16)9)、反復(fù)執(zhí)行上述步驟3)至步驟7)以及步驟8)，形成--水4迭代過(guò)程，得到參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子K/r"、Kn^和Kn,"的近似估計(jì)值的一個(gè)序列(K工W))，、(Kn^)旨禾P0^,")MW以及對(duì)應(yīng)的外載荷(a》、(a2)和(a3)單獨(dú)作用情況下的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子lCa"、Km(a2)和Km(a3)的計(jì)算值的一個(gè)序列，其中HI=I，II，III;根據(jù)迭代過(guò)程中首輪近似估計(jì)值的精確程度，經(jīng)過(guò)若干輪的迭代計(jì)算，序列(K,1))，、(Kn(r力)旨和(Km(r"，就收斂于一組穩(wěn)定的值，該收斂值(K,")new、(Kn(動(dòng))new和(KIn的)鵬以及對(duì)應(yīng)的Kffl、Kffl(必和K^3)，Hl=I，II，III的計(jì)算值就是參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子分布函數(shù)K,"、Kn^和Km的以及Km""、Km(a2)和Km(a3)，m=I，II，III的具有很高精度的或者說(shuō)對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的結(jié)構(gòu)有限元離散化模型來(lái)說(shuō)是最合理最精確的數(shù)值解。5.如權(quán)利要求4所述的一種結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法，其特征在于所述確定方法還包括10)、直接選取待求的復(fù)雜載荷工況作為步驟3)中的3種相互獨(dú)立的基本參考載荷巧、1~2和1~3中的一種或多種參考載荷，然后執(zhí)行步驟1)至步驟7)，并執(zhí)行步驟8)至步驟9)的迭代計(jì)算，獲得K,"、Kn(動(dòng)和Km(")的近似估計(jì)值的一個(gè)序列(K,")n:(Kn(動(dòng))咖和(Kmto))n以及對(duì)應(yīng)的外載荷(a》、(a》和(a》，即包括待求解的復(fù)雜載荷工況在內(nèi)的參考載荷巧、r2和r3單獨(dú)作用情況下的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子Km(al)、Km(a2)和Km(a3)，m=I，II，III的計(jì)算值的一個(gè)序列；由序列(C(Kn(動(dòng))鵬和(Km(,new的收斂值以及對(duì)應(yīng)的1031)、1(,2)和Km^，m二I，II，III的計(jì)算值，獲得待求的復(fù)雜載荷作用情況下I、11、111型應(yīng)力強(qiáng)度因子K工、Kn和Kin的分離以及K工、Kn和Km沿裂紋前緣分布函數(shù)的具有很高精度的精確的數(shù)值解。6.如權(quán)利要求5所述的一種結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法，其特征在于所述確定方法還包括11)、在前期計(jì)算階段，先任意選取3種相互獨(dú)立的載荷作用情況作為步驟3)中的3種基本參考載荷巧、^和iv然后執(zhí)行步驟l)至步驟7)，并執(zhí)行步驟8)至步驟9)的迭代計(jì)算，獲得K,"、Kn(r2)和Km("的近似估計(jì)值的一個(gè)序列(K,")鵬、(Kn(r2))nelP(Km的)咖以及對(duì)應(yīng)的外載荷(a》、(a2)和(a3)單獨(dú)作用情況下的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子Km(al)、Km(a2)和Km(a3)，m=I，II，III的計(jì)算值的一個(gè)序列；由序列(K」n))加w、(K(動(dòng))鵬和(Kra(K3))M的收斂值以及對(duì)應(yīng)的Km(a"、Km(a2)和K^),!!!=I，II，III的計(jì)算值，獲得參考載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子K,1)、Id,2)和Km")沿裂紋前緣分布函數(shù)的具有很高精度的精確的數(shù)值解；然后，在后期計(jì)算階段，再將待求的熱載荷、表面力載荷和體積力載荷等復(fù)雜外載荷(a)作用到形體上，并利用上面已經(jīng)確定的K,"、Kn(r2)和Kmto)的具有很高精度的精確解以及相應(yīng)的權(quán)函數(shù)，"=1，"2，"3代入，僅通過(guò)外載荷與權(quán)函數(shù)的乘積的簡(jiǎn)單積分計(jì)算和重新求解方程組，不需要再進(jìn)行麻煩的有限元分析計(jì)算，就可以以極高的計(jì)算效率，求得其它任意的熱載荷、表面力載荷和體積力載荷(a)作用情況下的裂紋前緣的I、II、III型應(yīng)力強(qiáng)度因子的分離值K產(chǎn))、Kn(a)、Km(a)以及它們沿裂紋前緣的分布情況的具有相當(dāng)高精度的數(shù)值解。7.如權(quán)利要求l-3之一所述的一種結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法，其特征在于所述的基本插值型函數(shù)Ni(s)和局部變分函數(shù)N'j(s)取為相同的函數(shù)或不同的函數(shù)。8.如權(quán)利要求l-3之一所述的一種結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法，其特征在于所述的基本插值型函數(shù)Ni(s)和局部變分函數(shù)N'j(S)，取為線(xiàn)性模式的一次函數(shù)，有N個(gè)分點(diǎn)。9.如權(quán)利要求l-3之一所述的一種結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法，其特征在于所述的基本插值型函數(shù)Ni(s)和局部變分函數(shù)N'j(S)，取為高次模式的二次或二次以上函數(shù)，需要N=LM+1個(gè)分點(diǎn)，L為函數(shù)的次數(shù)，M為正整數(shù)。全文摘要一種結(jié)構(gòu)件復(fù)合型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分離和分布的確定方法，先給出結(jié)構(gòu)件所承受的熱載荷、表面力載荷和體積力載荷，以及在它們單獨(dú)或共同作用下的三維I、II、III復(fù)合型裂紋問(wèn)題通用權(quán)函數(shù)法基本方程，用N個(gè)節(jié)點(diǎn)，將裂紋前緣分割為任意N-1個(gè)子段，在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)j處引入一個(gè)基本插值型函數(shù)Nj(s)和一個(gè)局部變分函數(shù)N′j(s)，構(gòu)造出有限個(gè)局部變分模式和插值方式，然后引入3種基本參考載荷來(lái)求解基本方程，確定復(fù)合型應(yīng)力強(qiáng)度因子KI、KII和KIII的分離以及分布情況的數(shù)值解。利用自身一致性，通過(guò)構(gòu)造一個(gè)迭代過(guò)程，可以求得三維裂紋前緣復(fù)合型應(yīng)力強(qiáng)度因子KI、KII和KIII分布的具有很高精度的精確解。文檔編號(hào)G01N3/08GK101788425SQ201010108668公開(kāi)日2010年7月28日申請(qǐng)日期2010年2月9日優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日發(fā)明者盧炎麟申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)