ANALYSIS OF STRESS INTENSITY FACTOR AT THE CRACK TIP BASED ON THERMAL-MECHANICAL COUPLING

ZHAO Zhongqiang; CAO Tianye; WANG Hui; LIU Jingyi

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.014

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ANALYSIS OF STRESS INTENSITY FACTOR AT THE CRACK TIP BASED ON THERMAL-MECHANICAL COUPLING

·Fatigue·Damage·Fracture·Failure Analysis· | 更新时间：2026-01-21

- ANALYSIS OF STRESS INTENSITY FACTOR AT THE CRACK TIP BASED ON THERMAL-MECHANICAL COUPLING
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 1, Pages: 109-115(2026)
- 作者机构：
  
  1.中车唐山机车车辆有限公司技术研究中心，唐山 064000
  2.中车唐山机车车辆有限公司制造技术中心，唐山 064000
  3.中车科技创新（北京）有限公司十五研究所，北京 100080］
- 作者简介：
  
  ZHAO Zhongqiang, E-mail: zhaozhongqiang.ts@crrcgc.cc
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51875095)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.014
  CLC： TB125
- Received：19 March 2024，
  
  Published：15 January 2026
- 稿件说明：
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赵中强，曹田野，王辉，等. 基于热力耦合的裂纹尖端应力强度因子特性分析［J］. 机械强度，2026，48（1）：109-115.

ZHAO Zhongqiang，CAO Tianye，WANG Hui，et al. Analysis of stress intensity factor at the crack tip based on thermal-mechanical coupling［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：109-115.
赵中强，曹田野，王辉，等. 基于热力耦合的裂纹尖端应力强度因子特性分析［J］. 机械强度，2026，48（1）：109-115. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.014.

ZHAO Zhongqiang，CAO Tianye，WANG Hui，et al. Analysis of stress intensity factor at the crack tip based on thermal-mechanical coupling［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：109-115. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.014.

摘要

目的

为明确接触疲劳失效机制和影响因素，提高机械零件抗疲劳性能，延长疲劳寿命，开展了接触疲劳下表面裂纹萌生和疲劳扩展机制的研究。

方法

采用有限元法和断裂力学理论对滑动接触时热力耦合作用下裂纹尖端应力强度因子的影响因素进行分析，分别计算并得到了不同压力载荷、摩擦因数、裂纹长度、裂纹角度、滑动速度下裂纹尖端应力强度因子的变化规律。

结果

结果表明，滑动接触热力耦合下裂纹为Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹，随着滑块逐渐靠近裂纹，裂纹由Ⅰ型向Ⅱ型转变；热效应会抑制裂纹的Ⅰ、Ⅱ型扩展，且热效应越显著，抑制作用越强，但

Ⅰ

对热效应更为敏感，而

Ⅱ

受其影响较弱；压力载荷和裂纹角度增加，复合型裂纹扩展加剧；增大摩擦因数，裂纹的Ⅰ型扩展加剧，Ⅱ型扩展减弱；裂纹长度增加，Ⅰ型扩展减弱，Ⅱ型扩展增强；裂纹的Ⅰ、Ⅱ型扩展均随滑动速度的增加而减弱。

Abstract

Objective

To clarify the failure mechanism and influencing factors of contact fatigue， improve the fatigue resistance of mechanical parts， and extend the fatigue life， research on the initiation and propagation mechanism of surface cracks under contact fatigue was carried out.

Methods

The influencing factors of the stress intensity factor at the crack tip under sliding contact thermo-mechanical coupling were analyzed by the finite element method and fracture mechanics theory. The variation rules of the stress intensity factor under different pressure loads， friction coefficients， crack lengths， crack angles， and sliding velocities were obtained.

Results

The results show that the crack belongs to the Ⅰ-Ⅱ compound crack. The mode of crack changes from Ⅰ to Ⅱ as the sliding block approaches the crack. The thermal effect can suppress Ⅰ and Ⅱ expansion， and the more significant the thermal effect is， the stronger the inhibition is. However，

Ⅰ

is more sensitive to the thermal effect than

Ⅱ

. The compound crack propagation intensifies with the increase of pressure load and crack angle. The mode Ⅰ extension intensifies while mode Ⅱ decreases when the friction coefficient increases. The mode Ⅰ extension decreases， and the mode Ⅱ extension increases when the crack length increases. Both mode Ⅰ and Ⅱ extensions become weak with the increase of sliding speed.

关键词

Keywords

references

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