基于邊界元法的疲勞裂紋擴(kuò)展軌跡模擬.pdf

1、在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中,由疲勞引起的斷裂是結(jié)構(gòu)失效的主要形式之一,造成了很多的重大事故。為了防止事故發(fā)生,減少損失,需要對(duì)疲勞裂紋的擴(kuò)展進(jìn)行研究。目前對(duì)于裂紋擴(kuò)展的研究主要有實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)值分析方法,實(shí)驗(yàn)方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效率比較低,而數(shù)值分析方法卻十分方便高效。本文基于邊界元理論,對(duì)二維和三維裂紋擴(kuò)展軌跡進(jìn)行了數(shù)值模擬。論文的主要工作有:
　　(1)基于邊界元理論,采用邊界元子域法沿裂紋面分域,分別采用線性單元和二次單元對(duì)求解區(qū)域邊界進(jìn)行離

2、散,依據(jù)最大應(yīng)力準(zhǔn)則判斷裂紋擴(kuò)展方向,使用Fortran語(yǔ)言編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)二維平面裂紋的擴(kuò)展軌跡模擬;
　　(2)由于區(qū)域邊界單元類(lèi)型的不同(線性單元,二次單元)、裂紋尖端單元類(lèi)型的不同(四分之一節(jié)點(diǎn)單元,二次單元)、裂紋尖端網(wǎng)格密度的大小等因素對(duì)于計(jì)算結(jié)果都有一定的影響,所以選取孔邊裂紋受單向拉伸板模型驗(yàn)證了上述因素對(duì)于計(jì)算結(jié)果精度的影響,結(jié)果表明二次單元比線性單元更加精確,裂紋尖端選取四分之一奇異性單元能夠更加精確的模擬裂紋尖端

3、的應(yīng)力場(chǎng),而且網(wǎng)格密度越大計(jì)算結(jié)果誤差越小;
　　(3)選取斜裂紋受均勻單向拉伸板作為研究對(duì)象,研究了在不同初始裂紋長(zhǎng)度下裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算精度和裂紋的平面擴(kuò)展軌跡,并且對(duì)裂紋擴(kuò)展過(guò)程中I型應(yīng)力強(qiáng)度因子和II型應(yīng)力強(qiáng)度因子的變化規(guī)律進(jìn)行了研究;
　　(4)采用三維邊界元斷裂分析軟件FRANC3D研究了邊界元法在三維裂紋中的應(yīng)用,選取半橢圓形表面裂紋模型和單邊受拉斜裂紋模型進(jìn)行計(jì)算并且驗(yàn)證了FRANC3D的計(jì)算精度,結(jié)