含裂纹结构的区间B样条小波模糊有限元分析

为了解决工程问题中材料和载荷的不确定性给含裂纹结构数值分析带来的困难,提高数值计算的精度和效率,将模糊理论与小波有限元相结合,提出了基于区间B样条小波（B-spline wavelet on the interval,BSWI）模糊有限元分析法.该方法将哑节点断裂单元镶嵌到含裂纹结构的小波有限元模型中,建立了含裂纹结构...     

基于扩展无网格法的机电虚拟裂纹闭合法

为提高含裂纹压电材料断裂参数的求解效率和精度,基于扩展无网格理论,引入无网格辅助网格结合哑节点断裂压电单元,提出了基于扩展无网格法的机电虚拟裂纹闭合法。可很好地模拟裂纹尖端奇异性,简化求解过程,提高计算精度。并讨论了不同高斯点个数、不同裂纹长度对能量释放率计算结果的影响,与解析解和基于有限元法的机电虚拟裂纹闭合法计算结果进行了比较,数值算例结果表明本方法正确可行且具有较高的精度。     

含裂纹结构模态分析的小波有限元法

针对常规有限元在描述裂纹尖端附近应力场方面的不足,提出了基于四边形奇异等参元的小波有限元新方法,该方法将小波有限元和断裂力学理论相结合,建立了含裂纹结构的小波有限元模型,推导了小波单元和裂纹单元的单元刚度矩阵,求解了该结构的前四阶固有频率及振型.将计算结果与ANSYS分析结果比较可知:采用小波单元的求解结果优于900个plane183单元,与1600个plane183单元求解结果吻合,相对误差不超过2%.这表明该方法可用较少单元获得较高计算精度,适宜工程奇异性问题的求解,具有一定的工程应用价值.     

改进的三维虚拟裂纹闭合方法

改进了一种基于有限元技术分析三维裂纹应力强度因子的计算方法——虚拟裂纹闭合方法,称为改进的虚拟裂纹闭合方法.应用传统的虚拟裂纹闭合方法求解三维裂纹体应力强度因子时,对有限元模型具有一定的要求,即过裂纹前缘的有限单元裂纹面必须具有相同的面积且对称.而应用文中改进的虚拟裂纹闭合方法求解三维裂纹体应力强度因子时,裂纹前缘的裂纹面可以是任意形状.文中应用改进虚拟裂纹闭合方法,建立20结点等参元有限元模型,对三维表面裂纹应力强度因子进行了验证性的分析和讨论.通过与Newman解相比较,证明该方法适用性强且计算精度高.     

复合材料抽油杆动力学分析的小波有限元法

利用小波尺度函数多分辨率和逼近精度高的特点,将小波有限元应用于复合材料数值分析中,建立了复合材料抽油杆小波有限元模型,推导了复合材料抽油杆小波单元刚度方程,求解了复合材料抽油杆横向振动前八阶固有频率,并将分析结果与ANSYS模拟结果进行比较。结果表明:小波有限元在复合材料数值模拟方面具有较高的计算精度。     

基于FE/EFG耦合算法的虚拟裂纹闭合法

在裂纹附近区域采用无网格伽辽金(EFG)节点,其余区域采用常规有限单元(FE)节点进行数值离散并求解,获得含裂纹构件的位移场。在裂纹尖端及其附近设置局部辅助有限单元区域,用于求解裂纹尖端处的2个特征参数:裂纹尖端节点力以及靠近裂纹尖端处裂纹面的位移。由这2个参数得到裂纹尖端处的应变能释放率,进而求得相应的应力强度因子,此方法为计算应力强度因子的EFG虚拟裂纹闭合法。数值算例表明,采用EFG虚拟裂纹闭合法能够有效计算裂纹尖端处的应力强度因子。     

基于FE/EFG耦合算法的虚拟裂纹闭合法

在裂纹附近区域采用无网格伽辽金（EFG）节点,其余区域采用常规有限单元（FE）节点进行数值离散并求解,获得含裂纹构件的位移场。在裂纹尖端及其附近设置局部辅助有限单元区域,用于求解裂纹尖端处的2个特征参数：裂纹尖端节点力以及靠近裂纹尖端处裂纹面的位移。由这2个参数得到裂纹尖端处的应变能释放率,进而求得相应的应力强度因子,此方法为计算应力强度因子的EFG虚拟裂纹闭合法。数值算例表明,采用EFG虚拟裂纹闭合法能够有效计算裂纹尖端处的应力强度因子。     

三维样条小波单元构造及其在地下箱型结构抗爆数值模拟中的应用

由于材料的奇异性和加载的快速性,传统有限元在模拟爆炸荷载作用下地下结构动力响应过程中容易出现数值震荡,单元划分较多,计算效率低.小波有限元具有多尺度、多分辨率等特性,可以通过提高尺度函数阶数或小波函数的尺度来提高精度.用区间B样条尺度函数作为插值函数,推导了三维小波转换矩阵,构造了三维区间B样条小波单元,结合工程实例通过Matlab软件编程,对爆炸荷载作用地下箱形结构的动力响应进行了数值模拟,通过与ANSYS/LS-DYNA有限元程序模拟结果进行对比,小波有限元用较少的单元获得了较高的精度,提高了计算效率,避免了数值震荡.     

裂纹尖端应力强度因子的有限元计算方法分析

通过在裂纹前缘附近采用退化的奇异单元,远离裂纹部分则采用常规单元的方式,建立了带穿透性裂纹板的有限元模型。分析了1/4节点位移法、位移外推法、虚拟裂纹闭合法3种方法计算裂纹尖端应力强度因子的特点。根据有限元后处理结果,分别采用以上3种方法计算了裂纹尖端的应力强度因子,结果显示3种方法计算结果一致性较好。研究了载荷、裂纹长度、构件几何参数对裂纹尖端应力强度因子的影响。3种方法的比较分析,对裂纹尖端应力强度因子的计算方法选择具有指导意义。     

MCTS试件的三维有限元计算断裂分析

为了探讨三维复合型断裂问题,采用ANSYS软件对一种带有倾斜裂纹面的修正紧凑拉剪(MCTS)试件进行了三维断裂有限元分析,并应用修正的虚拟裂纹闭合积分方法(MVCCI),对三维裂纹试件的应力强度因子进行了计算.研究结果表明:该MCTS试件在Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅰ+Ⅱ复合型(加载角为45°)加载条件下均产生了Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ复合型断裂...     

斜裂纹应力强度因子的有限元计算及分析

介绍和讨论了斜裂纹应力强度因子的有限元分析方法，分别计算了单轴、双轴压缩下有限大板中存在的中心贯穿斜裂纹的应力强度因子．通过对求得的应力强度因子值与解析解的比较，表明用有限元法计算应力强度因子具有相当高的精度．同时，通过对不同倾角的裂纹尖端应力强度因子的计算，分析得到了裂纹倾角对应力强度因子的影响，为斜裂纹在复杂载荷作用下的断裂判据的计算提供了有效的方法。     

油层压裂模拟的损伤力学方法及数值应用实例

为了充分发挥油层改造的效力,采用塑性损伤有限单元法,模拟水力压裂产生裂纹的扩展和分布情况,并以此为依据,对某油田长度为400m的致密砂岩储层中一条水平井多段压裂的段间距设计进行优化选择,并使用标量损伤从数学上表达注水压裂在油层中产生微裂纹的体积密度.数值计算中采用固液耦合的三维有限元格式来模拟渗流与变形的耦合力学行为.为了对压裂区进行准确模拟,计算中采用了子模型技术.计算结果中给出了给定注水速率时相应的三维损伤演化,同时给出了损伤场、孔隙压力场和主应力场的分布.根据数值计算结果,推荐的段间距为80m,这样400m的水平井段应该采用6段压裂.     

冲击载荷下材料动态断裂参数的有限元计算

材料在冲击载荷下的行为不同于静态载荷作用下的行为。然而,由于动态断裂问题的复杂性,即使象三点弯曲试样,也还没有获得裂纹尖端动态应力强度因子的解析表达式。为了满足理论分析和实验工作的需要,采用LS-DYNA有限元软件,对三点弯曲试样在冲击载荷作用下(包括正弦、线性和不规则载荷历程)的动态过程进行了有限元分析,获得了裂纹尖端的动态应力应变场和裂纹尖端区域节点力和位移与时间的关系曲线。基于虚拟裂纹闭合技术(VCCT),提出了在冲击载荷作用下裂纹结构能量释放率和动态应力强度因子的计算方法,得到了不同冲击载荷下三点弯曲试样的能量释放率GI和动态应力强度因子KId与时间的关系曲线。结果表明:该方法得到的有限元计算结果与实验吻合较好,且具有较高精度,文中提出的方法可用于动态断裂参数的计算。     

扩展有限元法求解应力强度因子

在常规有限元单元形函数中加入模拟裂纹不连续位移场的跳跃函数,在裂纹尖端构造反映位移场奇异性的裂尖增强函数,采用相互作用积分法求得裂尖应力强度因子．算例结果表明,扩展有限元方法在分析断裂力学问题时具有计算精度高,对有限元网格依赖性小,操作简便等优点．     

扩展有限元法在重力坝断裂分析中的应用研究

扩展有限元法是近年来发展起来的分析不连续问题(特别是断裂问题)的一种有效方法。介绍了扩展有限元法的基本原理,给出了采用扩展有限元法进行裂纹扩展分析的方法,最后采用扩展有限元法模拟了混凝土重力坝坝踵裂缝扩展过程,分析了其变形、应力场分布规律。算例表明扩展有限元法在进行断裂分析时克服了常规有限元法的缺点,避免了常规有限元法在分析断裂问题时繁琐的前处理过程,不需要裂纹面与有限元网格一致,不需要在裂缝周围布置高密度网格,模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,展示了扩展有限元法在大坝开裂分析中的独特优势。     

功能梯度材料的数字散斑相关方法实验研究

利用数字散斑相关方法对功能梯度材料I型静态断裂特性进行实验研究,并利用有限元软件进行数值模拟.首先通过在环氧树脂中添加玻璃微珠,利用重力沉降法制备功能梯度材料试件.为对比材料梯度对静态断裂行为的影响,准备了三种梯度变化规律的试件.然后对功能梯度材料试件进行3点弯曲实验,通过CCD采集试件散斑场,利用数字散斑相关方法计算应力强度因子.通过与有限元模拟结果进行对比,验证了实验结果的正确性.最后分析不同梯度变化规律对材料断裂性能的影响,证明材料弹性梯度对位于弹性模量较小边的静态裂纹具有保护作用.