基于EFG法的裂紋擴(kuò)展數(shù)值模擬研究.pdf

1、構(gòu)件的疲勞斷裂是機(jī)械、航空、船舶等工程實(shí)際領(lǐng)域中相當(dāng)普遍的現(xiàn)象,通過(guò)數(shù)值模擬方法對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞失效進(jìn)行預(yù)測(cè),對(duì)于確保結(jié)構(gòu)的可靠性是非常必要的。無(wú)網(wǎng)格法是近年來(lái)興起的一種數(shù)值方法,在處理裂紋擴(kuò)展問(wèn)題時(shí),它只需通過(guò)自由裂紋面或者裂紋線(xiàn)的延伸來(lái)模擬,大大簡(jiǎn)化了模擬過(guò)程。本文基于無(wú)網(wǎng)格伽遼金方法,對(duì)斷裂力學(xué)中裂紋擴(kuò)展的數(shù)值模擬進(jìn)行了研究。
　　首先,對(duì)均勻拉伸載荷作用下中心裂紋矩形板開(kāi)裂前后的位移場(chǎng)進(jìn)行了模擬計(jì)算,討論了不同基函數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果

2、的影響,并與ANSYS的模擬結(jié)果進(jìn)行比較,二者吻合很好,驗(yàn)證了程序的正確性。
　　其次,選取帶有擴(kuò)展基的奇異基函數(shù),通過(guò)圍線(xiàn)積分法對(duì)中心裂紋矩形板的應(yīng)力強(qiáng)度因子進(jìn)行了模擬計(jì)算,得到了歸一化應(yīng)力強(qiáng)度因子曲線(xiàn),與其它理論結(jié)果相比較吻合較好,證實(shí)了無(wú)網(wǎng)格伽遼金法在處理裂紋擴(kuò)展問(wèn)題時(shí)的有效性。同時(shí),探討了裂紋尖端不同加密程度對(duì)計(jì)算結(jié)果精度的影響,算例表明,隨著加密節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的增多,可以顯著提高計(jì)算的精度,但計(jì)算的時(shí)間成本也相應(yīng)增加。

3、　　探討了權(quán)函數(shù)、基函數(shù)、積分圍線(xiàn)的選取對(duì)裂紋擴(kuò)展數(shù)值模擬中應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算的影響。針對(duì)圍線(xiàn)積分法中因積分圍線(xiàn)的大小不同而導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不穩(wěn)定的問(wèn)題,給出M積分算法,并對(duì)單邊裂紋矩形板的應(yīng)力強(qiáng)度因子進(jìn)行了模擬計(jì)算。結(jié)果表明,積分圍線(xiàn)的大小對(duì)于M積分的影響不大,數(shù)值穩(wěn)定性較好。
　　以最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則作為開(kāi)裂準(zhǔn)則,采用完全變換法引入邊界條件,通過(guò)M積分法對(duì)單邊裂紋矩形板在遠(yuǎn)場(chǎng)載荷作用下的裂紋擴(kuò)展進(jìn)行了數(shù)值模擬。給出了擴(kuò)展模擬的算法流程