基于扩展二相杂交应力有限元法的两相材料界面裂纹断裂力学分析

实际应用过程中,由于复合材料界面两侧各相材料性能各异以及制造过程中存在的缺陷,在外载荷的作用下,界面处产生大量初始微裂纹进而扩展相交形成宏观裂纹最后扩展贯通导致结构失效。因此,对于界面裂纹的分析研究对优化复合材料,提高其应用性能及可靠性是十分重要的。提出了一种扩展二相杂交应力有限元法,通过构建包含边界裂纹、水平中心裂纹以及倾斜裂纹的两相材料的扩展二相杂交应力有限元单元模型对界面裂纹进行断裂力学分析。应用Lagrange乘子法将各个界面裂纹面面力为零边界条件和未断裂界面的面力连续条件引入修正余能泛函中,在每一相材料域内假设高阶多项式应力函数,充分考虑界面形状的影响,构建互作用应力函数,引入双材料界面裂纹裂尖附近奇异应力场函数。基于Fortran程序求解后得到单元应力场,采用最小二乘法计算了界面裂纹的应力强度因子。通过该方法得到的数值模拟结果和传统有限元分析的数值结果进行比较,验证该方法的有效性和准确性。     

含裂纹复合材料的Cell-based光滑扩展有限元法

为克服有限元法(FEM)某些固有的缺陷,提高计算精度,将Cell-Based光滑有限元法(CSFEM)与扩展有限元法(XFEM)相结合,提出光滑扩展有限元法(CS-XFEM).用该方法对含中心裂纹和斜裂纹的正交各向材料板进行模拟,并与FEM,XFEM和BXFEM(bimaterial extended finite element method)计算结果进行对比.数值算例结果表明,CS-XFEM兼具CSFEM和XFEM两者优点:单元网格与裂纹面相互独立,裂尖不必是单元节点,裂尖处网格也不需要加密,域内积分可转化为边界积分,形函数不需求导,对网格质量要求低;因此是分析断裂问题的简洁高效的数值计算方法.     

基于扩展有限元法的弹塑性裂纹扩展研究

为了得到紧凑拉伸(CT)试样应力强度因子和J积分,分别采用传统有限元法、扩展有限元法以及试验方法对其进行计算。在弹性情况下,扩展有限元法和传统有限元法获得的应力强度因子相近,并且与ASTM E1820—05a解相差很小。在弹塑性情况下,扩展有限元法和传统有限元法获得的应力场和J积分有较大的差别,扩展有限元法得到的J积分相对于传统有限元法的结果与实验值更吻合。结果表明:扩展有限元法由于考虑了裂纹扩展,比传统有限元法可以更加准确合理地模拟弹塑性裂纹扩展。     

基于有限元法的二维裂纹应力强度因子研究

基于有限元分析方法，对有限大平板中存在的中心穿透裂纹，分别用不同的方法分析其裂纹尖端应力、应变场分布，计算出裂纹尖端的应力强度因子．通过对求得的应力强度因子值与解析解的比较，表明用有限元方法计算应力强度因子具有相当高的精度，并且操作简便。     

岩石声发射参数与断裂力学参量的关系研究

依据声发射测试原理及断裂力学基本理论,导出了低脆性岩石声发射总数N与应力强度因子K_I关系的一般表达式。分析表明:N并非与K_I~n成简单的比例关系,但如果K_I取值范围满足2K_(I0)≤K_I≤8K_(I0)相似文献   

应力强度因子和裂纹扩展判据的典型算法

采用FRANC2D软件对中心裂纹试样、单边裂纹试样和双边裂纹试样进行计算分析,比较研究了位移相关法、虚裂纹闭合法、J-积分法等3种应力强度因子的计算方法和最大周向应力准则、最大应变能释放率准则和最小应变能密度因子准则等3种裂纹扩展判据.结果表明:3种计算方法中,J-积分法和虚裂纹闭合法计算精度优于位移相关法,虚裂纹闭合...     

基于边界元法的疲劳裂纹扩展模拟

用数值方法模拟疲劳裂纹扩展对预测构件残余寿命具有重要意义。该文以基于子域法边界元分析的一点面力法解决了裂纹扩展全过程的应力强度因子精度问题．用坐标变换法导出了Ⅰ－Ⅱ型复合裂纹最大周向应力准则的扩展偏角和有效应力强度因子；建立了复合型裂纹疲劳扩展数值模拟算法，并在ＳＧＩ工作站上研制了具有裂纹构形自动更新和动态图形显示功能的模拟演示软件，该软件对试件裂纹扩展模拟的结果与试验结果一致，说明该文方法具有高     

交叉型裂纹扩展模拟的一种有效方法

结合广义有限元法(GFEM)和扩展有限元法(XFEM)的特点,提出了一种新的数值方法——广义扩展有限元法(GXFEM).阐述了广义扩展有限元法的基本原理,对相关公式进行推导,探讨数值实现中需注意的重要问题,给出利用广义扩展有限元法进行断裂分析时应力强度因子的计算方法,编写了广义扩展有限元法程序.通过算例进行了应力强度因子的计算,模拟了结构裂纹的扩展过程.算例结果表明,利用广义扩展有限元法计算交叉裂纹扩展问题,不需要进行过密的网格划分,且网格在裂纹扩展后无需重新剖分,具有相当高的计算精度.     

断裂力学法研究多轴疲劳裂纹扩展的速度

若对裂尖附近的单轴应力场应用叠加原理,则可合成多轴裂尖应力场分布;由裂尖处材料微元体在合应力下的破坏应当服从第四强度理论,则导出多轴作用下的等效应力强度因子;借用Paris公式的形式,则导出了一个多轴疲劳裂纹扩展速度的等效公式;这个公式应当具有工程上的意义。     

危岩稳定性断裂力学计算方法

危岩是山区主要地质灾害,危岩破坏的本质是主控结构面在荷载作用下的断裂扩展.将主控结构面类比为宏观裂纹,运用断裂力学方法建立了主控结构面尖端断裂扩展方向岩石的联合断裂强度因子计算方法,其为第一类断裂强度因子和第二类断裂强度因子的函数,并结合危岩的断裂韧度,建立了危岩稳定性计算方法.进一步把滑塌式危岩、坠落式危岩和倾倒式危岩的破坏机理统一为压剪断裂及拉剪断裂.据此建立了第一类和第二类断裂强度因子的计算方法.实例分析表明,计算方法显示的危岩稳定状态更为客观、敏感.     

虚边界元法求解岩石力学问题

给出虚边界元方法的计算公式，以及有关的耦合计算公式；以岩石力学和地下工程为背景，模拟计算了开挖和流变对地下洞室的影响，数值结果与解析解符合很好，对于进一步开展虚边界元法在工程问题中的应用具有重要意义。     

冲击力学有限元计算中的数值积分

在Lagrange有限元基础上,介绍了计算运动方程中节点力的不同积分方法.单点积分方法具有较高的计算效率,为了控制沙漏变形,必须引入抗沙漏节点力;采用2×2×2高斯积分可以避免沙漏变形,并有较高的计算精度,但导致计算量增大;而采用局部2×2×2高斯积分则同时具有两者的优点.三维侵彻的计算结果表明局部2×2×2高斯积分能够很好地控制沙漏变形,并有较高的计算效率;一维应变波的模拟计算结果也表明,2×2×2高斯积分比单点积分更加接近理论值.这说明所述方法和所建程序的合理性和有效性,它为侵彻贯穿过程的数值分析提供了一种实用和有效的手段.     

裂隙岩体流热耦合的三维有限元模型

利用传热学和渗流理论,建立了深部裂隙地层流热耦合传热的三维数学模型。采用渗流和导热微分方程描述了裂隙岩体渗流场分布和水流及岩体的温度场分布,结合边界条件及计算参数对裂隙岩体的流固耦合传热进行了数值模拟。数值模拟结果表明:岩体内裂隙水流所引发的热质迁移,对裂隙岩体的温度场分布有重要影响。断裂带及地下水流的存在改变了岩体的原有温度场分布。模型揭示了岩体与裂隙水流之间发生的对流换热现象,模拟了岩体内的温度场分布,实现了由点向场的转变。模拟结果与实际情况相吻合,表明采用该方法研究裂隙岩体的流固耦合传热是可行的。     

单裂隙岩体中核素迁移行为的有限元分析

用等效多孔介质模型模拟天然单裂隙岩体,以泛函变分法为基础,推导出在该系统中核素迁移的二维有限元模型.根据该模型编制了计算机程序,计算结果与实验值吻合较好.     

基于模糊随机损伤力学的模糊自适应有限元分析

为延拓非确定损伤理论研究以揭示损伤力学本质,基于损伤、概率、模糊隶属度在[0,1]区间上协调一致性提出模糊随机损伤力学观念.构造解释了3类损伤变量模糊性态及对应模糊映射分布,即降半分布、"秋千"分布和组合"秋千"分布,实现了随机损伤变量模糊化自适应生成与构建.依据扩张原理及随机损伤变量满足β概率分布,对模糊集上随机损伤变量的CDF、PDF积分修正,结合当量正态理论,将3类模糊随机损伤泛函引入本构方程,完成模糊随机有限元可靠度与模糊随机损伤同步分析.用自主研制分析软件对龙滩碾压混凝土坝做三维模糊随机损伤场力学性态研究,由复杂随机场与模糊随机损伤分析的成功融合证明分析方法是适用的、可行的、必要的.     

三维无单元法模拟岩体裂纹扩展

针对岩体结构的复杂性,尤其是裂纹扩展这个岩土工程数值分析中的难点问题,采用无单元滑动最小二乘法来构造位移函数,该方法不需要划分网格,能较好地模拟岩体等介质中的裂纹传播,不仅可以保证计算精度和收敛性,而且可以减少计算难度.文中首先介绍了无单元法的基本思想和程序设计思路,重点推导了三维岩体的无单元计算公式和编制了三维无单元程序,计算了一坝体的位移和应力.     

基于有限元法的齿轮齿条动态应力分析

通过实例阐述了直齿轮齿条的精确建模方法，并介绍了具体的设计原理，将生成的一对齿轮齿条进行标准安装生成啮合模型。通过ABAQUS转化成由节点及元素组成的有限元模型，进行接触应力的静力学求解，并介绍了算法原理。说明了新的接触单元法的精确性、有效性和可靠性。     

有限元法在围岩稳定性分析中应用

有限元法具有计算精度高、对结构形状和荷载形式有良好的适应性等优点.有限元法把分析的连续体划分成许多较小单元,在单元之间满足线性方程,因此有限元法为非线性问题转化为线性问题提供了方法.基于有限元法开发的有限元软件具有划分有限元网格、计算隧洞围岩在开挖后的有限元各节点应力大小和变形位移、模拟围岩变形图、应力场分布和应力的流动等功能,为设计、开挖和维护隧洞提供了可行性方法.     

巷道围岩非稳态温度场有限元分析

分析了巷道围岩散热的非稳态导热、巷道形状不规则，介质非均质和各向异性等特性，研究了用有限单元法未解巷道围岩温度场的原理，边界条件以及处理非均匀质和各向异性介质的方法。提出了手工与计算机相结合的单元划分方法。依此原理编制了计算机程序，并进行了实例计算，验证了方法的正确性，分析了温度场时空变化规律。