基于EFG法的裂紋擴展數值模擬研究.pdf

1、構件的疲勞斷裂是機械、航空、船舶等工程實際領域中相當普遍的現象,通過數值模擬方法對結構的破壞失效進行預測,對于確保結構的可靠性是非常必要的。無網格法是近年來興起的一種數值方法,在處理裂紋擴展問題時,它只需通過自由裂紋面或者裂紋線的延伸來模擬,大大簡化了模擬過程。本文基于無網格伽遼金方法,對斷裂力學中裂紋擴展的數值模擬進行了研究。
　　首先,對均勻拉伸載荷作用下中心裂紋矩形板開裂前后的位移場進行了模擬計算,討論了不同基函數對計算結果

2、的影響,并與ANSYS的模擬結果進行比較,二者吻合很好,驗證了程序的正確性。
　　其次,選取帶有擴展基的奇異基函數,通過圍線積分法對中心裂紋矩形板的應力強度因子進行了模擬計算,得到了歸一化應力強度因子曲線,與其它理論結果相比較吻合較好,證實了無網格伽遼金法在處理裂紋擴展問題時的有效性。同時,探討了裂紋尖端不同加密程度對計算結果精度的影響,算例表明,隨著加密節(jié)點個數的增多,可以顯著提高計算的精度,但計算的時間成本也相應增加。

3、　　探討了權函數、基函數、積分圍線的選取對裂紋擴展數值模擬中應力強度因子計算的影響。針對圍線積分法中因積分圍線的大小不同而導致計算結果不穩(wěn)定的問題,給出M積分算法,并對單邊裂紋矩形板的應力強度因子進行了模擬計算。結果表明,積分圍線的大小對于M積分的影響不大,數值穩(wěn)定性較好。
　　以最大周向應力準則作為開裂準則,采用完全變換法引入邊界條件,通過M積分法對單邊裂紋矩形板在遠場載荷作用下的裂紋擴展進行了數值模擬。給出了擴展模擬的算法流程