基于EFG法的裂紋擴展數(shù)值模擬研究.pdf

1、構(gòu)件的疲勞斷裂是機械、航空、船舶等工程實際領(lǐng)域中相當普遍的現(xiàn)象,通過數(shù)值模擬方法對結(jié)構(gòu)的破壞失效進行預(yù)測,對于確保結(jié)構(gòu)的可靠性是非常必要的。無網(wǎng)格法是近年來興起的一種數(shù)值方法,在處理裂紋擴展問題時,它只需通過自由裂紋面或者裂紋線的延伸來模擬,大大簡化了模擬過程。本文基于無網(wǎng)格伽遼金方法,對斷裂力學(xué)中裂紋擴展的數(shù)值模擬進行了研究。
　　首先,對均勻拉伸載荷作用下中心裂紋矩形板開裂前后的位移場進行了模擬計算,討論了不同基函數(shù)對計算結(jié)果

2、的影響,并與ANSYS的模擬結(jié)果進行比較,二者吻合很好,驗證了程序的正確性。
　　其次,選取帶有擴展基的奇異基函數(shù),通過圍線積分法對中心裂紋矩形板的應(yīng)力強度因子進行了模擬計算,得到了歸一化應(yīng)力強度因子曲線,與其它理論結(jié)果相比較吻合較好,證實了無網(wǎng)格伽遼金法在處理裂紋擴展問題時的有效性。同時,探討了裂紋尖端不同加密程度對計算結(jié)果精度的影響,算例表明,隨著加密節(jié)點個數(shù)的增多,可以顯著提高計算的精度,但計算的時間成本也相應(yīng)增加。

3、　　探討了權(quán)函數(shù)、基函數(shù)、積分圍線的選取對裂紋擴展數(shù)值模擬中應(yīng)力強度因子計算的影響。針對圍線積分法中因積分圍線的大小不同而導(dǎo)致計算結(jié)果不穩(wěn)定的問題,給出M積分算法,并對單邊裂紋矩形板的應(yīng)力強度因子進行了模擬計算。結(jié)果表明,積分圍線的大小對于M積分的影響不大,數(shù)值穩(wěn)定性較好。
　　以最大周向應(yīng)力準則作為開裂準則,采用完全變換法引入邊界條件,通過M積分法對單邊裂紋矩形板在遠場載荷作用下的裂紋擴展進行了數(shù)值模擬。給出了擴展模擬的算法流程