二维有限元重合网格法网格特性研究

有限元重合网格法作为一种自适应有限元法和多尺度计算方法,目前受到了研究者们的广泛关注。文中首先简介了二维线弹性断裂力学中有限元重合网格法的原理;其次为获得最少网格数量下最精确的数值结果,研究了重合网格法中全局模型和局部模型网格大小和网格数量的关系以及对计算精度的影响;最后就影响重合网格法精度的局部模型的选择进行了讨论。     

考虑接触的斜裂纹动态应力强度因子分析

为了研究含中心穿透斜裂纹的有限板在拉伸冲击载荷下裂纹尖端的动态应力强度因子,本文采用有限元方法建立模型进行系列分析。裂尖的应力奇异性通过1/4节点奇异单元来模拟,应用相互作用积分法计算动态应力强度因子,考虑了裂纹面接触作用、冲击载荷形式、裂纹长度、裂纹角度及裂纹位置等参数的影响,并给出了接触应力随时间的变化曲线。数值结果表明:裂纹面的接触作用可消除负的Ⅰ型动态应力强度因子,接触刚度比摩擦系数的影响明显,载荷形式在总冲量不变的情况下对动态应力强度因子的影响也非常大,而裂纹长度等裂纹参数对Ⅰ型动态应力强度因子的影响比Ⅱ型显著。     

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.     

三点弯曲-剪切试样的应力强度因子

利用一种边界元法研究具有偏移边裂纹的三点弯曲-剪切试样.该边界元方法由Crouch与Starfield提出的常位移不连续单元和笔者最近提出的裂尖位移不连续单元构成.在该边界元方法实施过程中,左、右裂尖位移不连续单元分别置于裂纹的左、右裂尖处,而常位移不连续单元则分布于除了裂尖位移不连续单元占据的位置之外的整个裂纹面及其他边界.算例说明这种边界元法不论对无限大还是对有限大平面弹性复杂裂纹问题的应力强度因子的计算都是非常有效的.对具有偏移边裂纹的三点弯曲-剪切试样的应力强度因子进行了详细的研究,给出了数值结果.     

基于随机有限元法的平面多裂纹结构可靠性研究

在考虑材料参数、裂纹长度、外载分散性的前提下,文章首先用一般六节点单元和六节点奇异等参单元建立了平面裂纹的有限元模型,用Taylor展开随机有限元方法分析了平面裂纹应力强度因子分散性。在考虑多裂纹结构的断裂韧性和应力强度因子服从对数正态分布的基础上,结合可靠性分析中的应力强度干涉模型和二阶窄边界理论,建立了多裂纹结构的裂纹失稳扩展可靠性模型。当结构处于平面应变状态时,极限应力强度因子可以直接采用材料断裂韧性,当结构的厚度不能满足平面应变状态要求时,必须将材料平面应变断裂韧性转换为能适用的极限应力强度因子;对于各裂纹的应力强度因子及其分散性,可以通过随机有限元方法计算得到。     

识别悬臂梁上的裂纹位置及大小

阐述了一种识别悬臂梁受拉边的裂纹位置及大小的理论方法、采用刚度系数为K的弹性铰,模拟危险裂纹的影响,建立了含裂纹梁的挠曲线方程数学模型．该模型得到了有限元对含裂纹梁进行数值分析解的验证。由能量平衡原理和应力强度因子理论,建立了弹性铰刚度系数与裂纹长度的关系。阐述了对待识别参数（裂纹位置及裂纹长度）的初始值进行选取的比较法,最后,用正则化反分析迭代法,对裂纹的位置及长度进行识别。     

梯度非均匀有限板中裂纹动态响应的有限元分析

为了研究梯度非均匀有限板中裂纹动态响应问题,用波动有限元的方法研究了梯度非均匀板中裂纹在冲击载荷作用下的动态响应.通过对裂缝宽度与到裂端距离插值的方法求裂尖端处的动态应力强度因子(DSIFs),对指数衰减脉冲作用下弹性模量按单向线性变化的梯度非均匀有限裂纹板进行了数值计算.结果显示:无论板材料梯度参数及裂纹长度如何变化,裂尖处动态应力强度因子时程均呈起始快速上升转而缓慢下降;无论在什么时刻,裂尖处动态应力强度因子随裂纹的长度减小而减小,随板材料的功能梯度参数增大而减小.     

识别悬梁上的裂纹位置及大小

阐述了一种识别悬臂梁受拉边的裂纹位置及大小的理论方法。采用刚度系数为Ｋ的弹性铰,模拟危险裂纹的影响,建立了含裂纹梁的挠曲线方程数学模型。该模型得到了有限元对含裂纹梁进行数值分析解的验证。由能量平衡原理和应力强度因子理论,建立了弹性铰刚度系数与裂纹长度的关系。阐述了对待识别参数（裂纹位置及裂纹长度）的初始值进行选取的比较法,最后,用正则化反分析迭代法,对裂纹的位置及长度进行识别。     

平板穿透裂纹尖端应力强度因子计算方法研究

针对应力强度因子的求解问题,提出了基于平板穿透裂纹的最大张口位移计算裂纹尖端应力强度因子的新方法.首先根据Westergaard应力函数推导出具有中心穿透裂纹的无限大平板模型受两向均匀拉伸载荷时,裂纹最大张口位移与裂纹尖端应力强度因子之间的数学关系,然后利用有限元模拟计算研究了该数学关系针对含穿透裂纹的有限尺寸平板模型...     

四边固支金属薄板裂纹检测的实验研究

本文应用结构动力学基本理论对四边固支薄板结构的振动特性进行了有限元仿真分析,探讨了裂纹位置及深度等参数对该结构模态参数的影响,利用有限元分析结果,对四边固支薄板含有损伤裂纹情况下的模态参数进行了实验研究.仿真分析和实验研究均证明裂纹参数对模型有较大影响.