一种二维弹塑性裂纹有限元模型的分析

利用非线性有限元软件ABAQUS,以较少的单元建立了模拟循环载荷下裂尖参数变化的二维弹塑性有限元模型,通过应力、位移及塑性区尺寸等裂尖参数的有限元计算值与力学公式计算的理论值的比较,分析了不同单元类型对裂尖参数的影响,为解决有应力集中的二维弹塑性有限元问题提供了一种高效准确的模型.     

弹塑性裂纹扩展的裂尖参数研究

在铝合金材料平面应力CT型试件裂纹的稳定扩展和动态塑性的低速裂纹扩展实验的基础上,利用有限元分析获得了弹塑性裂纹扩展尖端的裂尖参数,对高速冲击载荷作用下的裂尖响应作了数值模拟和探讨。通过3种不同载荷状态下的计算,在获得裂尖场分布的同时,发现三轴应力约束仅与试件几何和加载方式有关,并且三轴应力约束参数在裂尖前方相当长一段距离内保持恒值。通过与增量的积分参数T     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的弹塑性有限元分析

本文对弹塑性有限元分析中的应力增量计算作了改进,进而对不同Ⅰ—Ⅱ型载荷比例下的四点复合型单边裂纹梁进行了弹塑性有限元计算。根据有限元计算结果,对大范围屈服和全面屈服条件下裂纹尖端的复合型位移准则进行了探讨,提出了裂尖复合型位移的定义。     

裂纹试样尺寸对局部断裂应力σf的影响

应用弹塑性有限元计算了3种不同尺寸COD试样裂尖前的应力分布，在不同温度下进行了拉伸和COD试验，通过精确测量起裂源距钝化裂尖前的距离，测定了局部断裂应力σf。结果表明，在一定范围内随裂纹深度α/h，试样高度h和试验温度的增加，COD和断裂载荷Pf明显变化，而σf基本不变，σf是一个稳定的材料本质参数，它的值不随裂比方 试样尺寸变化。     

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．     

裂尖细观断裂研究——大应变情形下应力、变形和空穴演变的分析

本文用反映空穴形核成长的 Gurson 本构方程来描述裂尖区域材料在大应变情形下的力学特性,并考虑了空穴演变对材料的杨氏模量的影响,进一步改进了Gurson 本构方程。文中用上述两种本构方程分别结合弹塑性大应变有限元方法对平面应变Ⅰ型裂纹问题作了计算,分析了裂尖应力分布、裂尖形状变化和裂尖处空穴演变过程,并与用 Prandtl—Reuss 本构方程计算的结果作了比较。     

位移法计算半椭圆表面裂纹应力强度因子影响因素分析

借助有限元分析软件ABAQUS建立含半椭圆表面裂纹有限厚度板有限元模型,根据计算得到的相关节点位移分别采用Chen-Kuang公式、Shih公式和1/4节点位移公式计算半椭圆表面裂纹应力强度因子,考察单元类型和裂尖附近区域网格参数变化对3种位移法计算应力强度因子精度的影响,根据计算结果给出各网格参数的合理范围。结果表明,3种位移法中Chen-Kuang公式计算结果波动最小;二次六面体全积分单元C3D20和二次六面体减缩积分单元C3D20R计算结果一致性良好,减缩积分单元计算结果受网格参数影响较小。文中的方法和结论可用于复杂工程结构中三维裂纹应力强度因子计算。     

扩展裂纹端变形的有限元分析

本文使用基于大变形和与试样几何、加载类型一致的模型,裂尖用可崩开单元,采用加载线位移△与裂纹增量△α的试验记录作为控制裂纹扩展的条件,以节点漂移和松弛相结合的方法模拟裂纹扩展,进行了Ⅰ型扩展裂纹端变形的弹塑性有限元计算。结果表明,在裂纹稳定扩展过程中,瞬时裂尖张开位移CTOD和张开角CTOA均为常值,且与试验实测结果相符。说明它们是控制裂纹扩展的因素。由于计算中并无特别限制,因而,它们可能是比J积分更有希望的表征材料抵抗裂纹扩展特性的参量。     

浅裂纹滑移线场的分析与计算

本文通过简化的三点弯曲试件滑移线场的理论分析建立了塑性转动因子γ_P、静水应力σ_H、加载处ω角、裂尖处β角四个参数的函数关系式,并讨论了浅裂纹中ω、β对σ_H和γ_P的影响。最后应用三维弹塑性有限元计算了裂尖处的σ_0,β以及加载处ω角等与塑性区的关系。     

复合型裂纹张开位移和裂尖附近塑性区域的有限元分析

用ＣＡＤ技术和Ｃ语言知识，对受双向载荷含Ｉ－Ⅱ复合型裂纹十字形板进行了计算机自动划分有限单元体网格并生成数据文件，采用四边形八节点等参数对含Ｉ－Ⅱ复合型裂纹十字形板进行了弹塑性有限元分析，获得了裂尖附近塑性区形状。弹塑性有限元法计算的裂纹面张开位移与试验结果相吻合。     

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．     

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.     

基于小波有限元法的虚拟裂纹闭合法

为了弥补传统有限元在处理复杂结构断裂参数数值计算中的不足,将小波有限元应用到断裂力学数值计算中,提出了一种新的基于小波有限元的虚拟裂纹闭合法。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,利用虚拟裂纹闭合法计算能量释放率和应力强度因子。将计算结果与传统有限元和ANSYS模拟结果比较。结果表明:2个小波单元求解结果与传统有限元和ANSYS模拟结果基本吻合,与解析解相对误差不超过3%,表明该方法具有计算量小、方法简便和计算精度高的优点,为工程中复杂结构断裂参数数值计算提供了一种新方法。     

受内压作用的管道表面斜裂纹尖端应力强度因子分析

裂纹是压力管道最危险的一种缺陷,是导致压力管道各种事故的主要原因。因此,依据断裂力学的相关概念,运用ANSYS有限元软件,建立了受内压作用的压力管道及其表面具有不同周向夹角的斜裂纹的三维模型,并对裂纹尖端的应力强度因子进行有限元计算及分析,得出了裂纹的应力强度因子随裂纹角度的变化而变化的规律。定量分析了裂纹尖端应力场的强弱,为压力管道表面斜裂纹的研究提供了一定的数据支持。     

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。     

压应力对铝合金长短疲劳裂纹尖端应力影响有限元分析

应用弹塑性有限元方法,研究压应力对铝合金长短疲劳裂纹尖端应力场、塑性区的影响.分别建立两个具有长短中心穿透裂纹高强铝合金板的有限元模型,进行拉压加载模拟分析.结果表明,压应力对铝合金长短疲劳裂纹尖端应力有显著影响,相同的应力强度因子条件下,在一拉-压加载周期,当拉应力减小到零时裂纹尖端应力不为零,裂纹尖端应力对裂尖的挤...     

中心裂纹板张开位移研究

首先对ＥＰＲＩ方法建立的裂纹中心板张开位移的工程解进行了实例计算。然后用有限元法对平板中心穿透裂纹张开位移计算得到的有限元解与其进行了比较,得出工程解偏于保守的结论。     

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。     

有表面微裂纹的金属薄膜力学性能的有限元分析

研究在PI基体上的铜金属薄膜表面I型裂纹对薄膜力学性能的影响.以断裂力学基本理论和有限单元法进行数值计算相结合对计算模型分析研究.分析了表面微裂纹对PI基体上的铜薄膜的屈服和后继塑性行为的影响,特别是研究了裂纹深度对最大塑性应变和等效塑性应力的影响,同时考察了薄膜材料硬化指数和载荷对最大塑性应变的影响.随着裂纹深度的增加,裂纹尖端塑性区增大;但当裂纹深度接近和超过薄膜厚的一半时,最大应力值变小,塑性区变大,塑性应变增大.这是因为薄膜承载能力变小,主要是由基体承受载荷.