【技术实现步骤摘要】
纯剪切加载下V型切槽尖端应力强度因子的计算方法、实验方法及实验装置
本专利技术属于断裂力学领域，特别是对含V型切槽构件的应力强度因子计算，涉及一种纯剪切加载下V型切槽尖端应力强度因子的计算方法、实验方法及实验装置。
技术介绍
在各种工程结构中，无论是大型民用建筑，还是微电子结构，V型切槽都广泛存在。V型切槽的存在会导致应力集中甚至应力奇异性的问题，从而降低结构构件的承载能力。因此，研究V形切槽尖端周围的应力分布至关重要。V型切槽属于断裂力学中的一类问题，研究V型切槽尖端应力分布的关键是确定相应的切槽尖端应力强度因子。目前存在很多计算V型切槽尖端应力强度因子的方法，例如理论计算法，数值计算法以及实验法。在理论与数值计算法方面，有边界配置法，有限元法，扩展有限元等方法。但利用理论或数值计算，往往会存在理论复杂，建模过程繁重，且计算效率低的问题。在实验法方面，焦散线法是一种特别适合于解决奇异性问题的光测力学实验方法，其具有测定数据少、精度高等优点，被广泛用于测定V型切槽尖端应力强度因子。相关学者研究了V型切...
【技术保护点】
1.一种纯剪切加载下V型切槽尖端应力强度因子的计算方法，其特征在于，该计算方法基于焦散线法，包括如下步骤：/n步骤一：选取具有V型切槽的平面待测物，建立待测物平面与参考平面之间的光学映射关系；/n步骤二：建立V型切槽尖端应力场表达式；/n步骤三：建立焦散线的初始曲线半径r
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种纯剪切加载下V型切槽尖端应力强度因子的计算方法，其特征在于，该计算方法基于焦散线法，包括如下步骤：
步骤一：选取具有V型切槽的平面待测物，建立待测物平面与参考平面之间的光学映射关系；
步骤二：建立V型切槽尖端应力场表达式；
步骤三：建立焦散线的初始曲线半径r0与应力强度因子KII的关系式；
步骤四：确定纯剪切加载下V型切槽的焦散线映射方程；
步骤五：建立特征长度Dmax与焦散线的初始曲线半径r0的关系式；
步骤六：确定纯剪切加载下V型切槽尖端应力强度因子KII。
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，步骤二建立V型切槽尖端应力场表达式包括：
以待测物的切槽尖端为坐标原点建立极坐标系，在纯剪切加载下的V型切槽的广义应力强度因子KII定义为：
式中r和θ为极坐标，τrθ为切槽尖端的剪切应力，λ为切槽尖端的应力奇异性指数；
对于线弹性、各向同性、均质的薄板，在受到纯剪切荷载作用时，切槽尖端附近的应力场表达式为：
式中σr是径向应力，σθ是切向应力；
式中常数C的表达式为：
C＝(λ-1)sin(λ+1)γ-(λ+1)sin(λ-1)γ(3)
λ可由下式得到：
sin2λ(π-β)-λsin2(π-β)＝0(4)。
3.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，步骤三建立焦散线的初始曲线半径r0与应力强度因子KII的关系式包括首先确定焦散线的初始曲线方程，具体为：
参考平面与待测物平面上的点之间的对应关系为：
该式为映射方程，式中，z0为待测物平面与参考平面之间的距离，Δs为光程差，λm是光学系统的放大倍数；当光线为平行光时，λm＝1；
焦散线是由无数条光线汇聚而成的一条奇异曲线，根据衍射理论，产生奇异性的充分必要条件是映射方程式(5)的Jacobian行列式为零，因此，推导可得焦散线的初始曲线方程为：
4.根据权利要求3所述的计算方法，其特征在于，步骤三建立焦散线的初始曲线半径r0与应力强度因子KII的关系式还包括：
当光束穿过透明平板时，各向同性材料的光程差可由下式得出：
Δs＝cdeff(σr+σθ)(7)
式中c为焦散光学常数，deff为平板的厚度；
将式(2)代入式(7)，即可得：
将式(8)代入式(6)可得：
式中A为：
技术研发人员：杨立云，胡桓宁，宋烨，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11
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