基于扩展有限元的多裂纹扩展分析

研究基于扩展有限元的多裂纹扩展分析方法以及ABAQUS环境下的程序实现。在位移函数中增加扩充项以描述裂纹周围的不连续位移场。初始裂纹以点集或方程的形式给出,并使用水平集函数将多裂纹信息离散到单元节点上,水平集函数还用来追踪裂纹扩展路径。使用局部水平集更新方法减小了计算规模,改进了裂尖单元的判断准则,借助商业软件Tecplot软件实现了裂纹扩展的动态显示功能。使用交互积分法计算混合模式下的应力强度因子,用最大周向拉应力准则判断裂纹扩展方向。探讨了网格密度和积分域尺寸对方法的影响,数值算例表明扩展有限元方法能够模拟任意形状的裂纹,并且能够反映多裂纹扩展的规律。     

裂纹扩展问题有限元模拟

应用弹性增量理论，按Ｍｉｓｅｓ条件进行了Ａ３０４不锈钢试样平面应力裂纹稳定扩展的有限元模拟研究。初步计算结果显示了与实验数据良好的一致性，同时也表明随裂纹扩展量增大，Ｊ积分的路径依赖性明显增强。     

幂硬化材料扩展裂纹的有限元分析

目的研究幂硬化材料中定常扩展裂纹的裂尖场性质．方法采用Euler模式在小范围屈服条件下对幂硬化材料中平面应力定常扩展裂纹的裂尖场进行了弹塑性有限元分析．结果针对硬化指数n＝12的幂硬化材料,有限元计算给出了扩展裂纹裂尖的主塑性区形状、裂纹张开位移和裂尖应力场的角分布．结论数值计算结果表明其与现有的渐近分析解符合较好,验证了分析解．     

裂纹扩展问题有限元模拟研究进展

裂纹稳定扩展预测是核工业和石油化工管道弹塑性断裂分析重要内容之一。本文扼要地回顾了国内外裂纹扩展有限元模拟的研究进展情况，并认为，在目前形势下发展精确的有限元技术预测裂纹稳定扩展过程是非常必要的。     

广义扩展有限元及其在裂纹扩展中的应用

广义扩展有限元是广义有限元和扩展有限元两者结合起来形成的一种新的数值方法。介绍了广义扩展有限元的基本原理并推导了相应的公式,提出了将Westergaard裂纹尖端奇异场的基函数作为结点位移插值函数,探讨了数值积分策略,给出了裂纹尖端应力强度因子的计算方法,编写广义扩展有限元程序。通过典型含裂纹平板的计算,表明广义扩展有限元计算应力强度因子精度更高,也不需要划分过密的网格。     

飞机蒙皮埋头钉孔裂纹扩展有限元分析

利用扩展有限元方法研究了飞机外蒙皮埋头钉孔划窝角度和深度对蒙皮裂纹扩展寿命的影响,对工程常用的标准埋头钉孔构型进行了裂纹扩展分析.分析结果表明,埋头钉孔划窝会减少蒙皮结构的寿命,但随着蒙皮厚度增加,划窝的影响逐渐减小.分析结论和数据可用于对蒙皮结构寿命工程估算的修正.     

裂纹对悬臂梁力学响应影响的扩展有限元模拟

扩展有限元继承了传统有限元的优点,在求解以裂纹扩展等为代表的一类不连续力学问题时具有明显的优势.主要探讨了含裂纹单元的积分域剖分,应用Fortran语言开发了相应的程序代码.以悬臂梁结构为例探讨了裂纹以及裂纹扩展对其力学响应的影响,数值结果表明了程序开发的正确性.     

基于XFEM的裂纹扩展分析

采用ABAQUS/Standard 对生产线中的一个易损件进行了三维有限元分析.根据结构受力状态,将该结构简化成一个平面应力的裂纹扩展模型,并采用目前最新的有限元裂纹扩展技术(XFEM)计算结构的裂纹扩展情况.计算结果表明,有限元计算与实际结构裂纹扩展情况一致.同时,根据计算结果提出了结构改进的设计建议.     

粘钢混凝土梁应力及裂纹扩展区三维非线性有限元分析

本文对粘钢混凝土梁在受载情况下的应力分布规律进行了理论分析和三维非线性有限元计算,考虑了外粘钢板的粘接部位不同和逐级加载情况下对混凝土内裂纹开裂及扩展区规律的影响,为实际粘钢加固工程提供了定量分析和理论依据。     

夹杂薄板扩展有限元分析

扩展有限元法在分析不连续问题中体现了比常规有限元法的优越性,能够分析规则夹杂的应力问题.然而实际夹杂大都是不规则的,为此,本文通过引进Mum-ford-Shah模型分割不规则夹杂,利用其水平集函数跟踪不规则夹杂的边界,对于任意形状夹杂建立扩展有限元的附加函数.另外,在网格划分时,采用图像像素作为有限单元,最后列举了两个实例.计算结果表明,该方法能够分析多个任意形状夹杂的应力,与常规有限元法比较,该方法的分析结果是精确的、可行的.     

复合型裂纹扩展过程的温度场分析

针对实际工程结构中广泛存在的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹,以有限元软件ANSYS为平台,采用能量释放率准则作为判定依据,模拟了复合型裂纹的扩展路径;将裂纹扩展过程中裂尖前面耗散的塑性功视为内热源,采用热-力耦合方法,分析了扩展过程中的裂尖温度场变化,讨论了预制裂纹角对裂尖起裂塑性区和起裂温度的影响.通过与红外热像仪记录的实验结果进行对比,发现有限元模拟结果与实验结果一致.     

用扩展有限元法分析沥青路面表面裂纹二维扩展

本文将一种新型的求解不连续力学问题数值算法——扩展有限元法(XFEM)引入了沥青路面表面裂纹二维扩展分析。扩展有限元法基于单位分解法的思想,它所使用的网格与内部结构的几何或者物理界面无关,因此可以克服例如裂纹尖端等高应力和变形集中区域进行高密度网格剖分所带来的困难。对于裂纹分析问题,裂纹能够完全独立于有限元网格存在,模拟裂纹扩展时完全不需要进行网格重构。本文先对扩展有限元法的基本原理、相应的改进函数以及线弹性断裂力学的相关理论进行了简单介绍。然后利用沥青路面二维平面应变模型,通过数值算例验证了该方法在沥青路面表面裂纹扩展模拟中的适用性和优势,为扩展有限元法在沥青路面裂纹分析中的进一步应用打下了基础。     

套管变形的弹塑性有限元分析

在考虑油田注水因素产生的压力变动及不均匀性因素的基础上，通过建立存在上下油层压力差以及两向地应力差的带有射孔的套管受力模型，采用有限元方法研究了地下一段套管的损坏变形情况．分析结果表明，随着各种外载的逐渐增加，套管水平截面逐渐由圆形变成椭圆形，在最大地应力处套管有凹入，在最小地应力处套管有凸出．有关结果将对套管损坏的进一步研究与防治具有一定的理论意义。     

水压裂纹扩展有限元法分析及计算

通过分析油气开采水力压裂技术的具体特点以及有限元数值模拟方法 ,计算出裂纹延伸情况 ,从而度量出油气井的有效开采范围 ,进而对精确开采进行可行性分析 .经华北油田某采区钻井的实地检验 ,以该方法得出的裂纹扩展预测值比实际值平均高出 8.7% ,说明此方法对预测油气井开采中的水压裂纹扩展延伸情况是一种较为有效的方法     

非线性裂纹扩展分析(二)

应用可动边界变分问题的理论研究了弹塑性理论的裂纹扩展问题。根据裂纹扩展时能量泛函的驻值条件,建立了任意元素的围道积分定理。由围道积分定理可求得裂纹扩展时的能量释放量,同时,基于能量泛函数二阶变分,得到了裂纹扩展时的稳定条件和临界条件。     

水压裂纹扩展有限元法分析及计算

通过分析油气开采水力压裂技术的具体特点以及有限元数值模拟方法,计算出裂纹延伸情况,从而度量出油气井的有效开采范围,进而对精确开采进行可行性分析.经华北油田某采区钻井的实地检验,以该方法得出的裂纹扩展预测值比实际值平均高出8.7%,说明此方法对预测油气井开采中的水压裂纹扩展延伸情况是一种较为有效的方法.     

非线性裂纹扩展分析(一)

应用可动边界的变分问题,研究了非线性弹性理论的裂纹扩展。根据能量泛函的驻值条件,建立了任意元素的围道积分定理,由围道积分定理可求得裂纹边界的能量;并通过能量泛函数二阶变分,得到了亚临界裂纹扩展条件及临界裂纹扩展条件。     

FGH95粉末高温合金蠕变裂纹扩展有限元数值模拟研究

对FGH95粉末高温合金标准CT试样在700℃下的蠕变裂纹扩展过程进行了有限元数值模拟研究.FGH95合金假设为弹性-蠕变体,蠕变变形采用Norton模型描述.蠕变裂纹扩展模拟时考虑了两种裂纹扩展速率,分别为3.25×10-2mm/h(快速裂纹扩展)和6.5×10-4mm/h(慢速裂纹扩展).数值模拟结果表明:FGH95合金在700℃下发生蠕变裂纹扩展时,弹性变形引起的标准CT试样加载线位移Vc在总位移中起主导作用,蠕变变形引起的加载线位移Vc很小,加载线位移率比值(·Vc)/(·V)远小于1,蠕变变形被限制在临近裂纹扩展路径的细长条带状区域内,裂纹尖端没有发生大范围蠕变变形.上述结果说明FGH95合金在700℃下为蠕变脆性材料,应力强度因子K可作为FGH95合金高温疲劳裂纹扩展的有效驱动力参数.     

扩展裂纹的动态COD

利用文献「１」给出的扩展裂纹与路径地匀的Ｊ积分,该积分适用于以任意可变速率扩展的裂纹动力学问题,并推导了Ｊ积分与动态ＣＯＤ及动应力强度因子Ｋ（ｔ）之间的关系,利用Ｊ积分有可能建立适用于裂纹扩展全过程,起裂、失稳扩展及止裂阶段的断裂准则。