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Extended finite element-based cohesive zone method for modeling simultaneous hydraulic fracture height growth in layered reservoirs
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作者 Lei Yang Baixi Chen 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第8期2960-2981,共22页
In this study,a fully coupled hydromechanical model within the extended finite element method(XFEM)-based cohesive zone method(CZM)is employed to investigate the simultaneous height growth behavior of multi-cluster hy... In this study,a fully coupled hydromechanical model within the extended finite element method(XFEM)-based cohesive zone method(CZM)is employed to investigate the simultaneous height growth behavior of multi-cluster hydraulic fractures in layered porous reservoirs with modulus contrast.The coupled hydromechanical model is first verified against an analytical solution and a laboratory experiment.Then,the fracture geometry(e.g.height,aperture,and area)and fluid pressure evolutions of multiple hydraulic fractures placed in a porous reservoir interbedded with alternating stiff and soft layers are investigated using the model.The stress and pore pressure distributions within the layered reservoir during fluid injection are also presented.The simulation results reveal that stress umbrellas are easily to form among multiple hydraulic fractures’tips when propagating in soft layers,which impedes the simultaneous height growth.It is also observed that the impediment effect of soft layer is much more significant in the fractures suppressed by the preferential growth of adjoining fractures.After that,the combined effect of in situ stress ratio and fracturing spacing on the multi-fracture height growth is presented,and the results elucidate the influence of in situ stress ratio on the height growth behavior depending on the fracture spacing.Finally,it is found that the inclusion of soft layers changes the aperture distribution of outmost and interior hydraulic fractures.The results obtained from this study may provide some insights on the understanding of hydraulic fracture height containment observed in filed. 展开更多
关键词 Hydraulic fracturing Layered reservoir Simultaneous height growth In situ stress Fracture spacing extended finite element method(xfem) Cohesive zone method(CZM)
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Evaluation of mixed-mode stress intensity factors by extended finite element method 被引量:3
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作者 茹忠亮 赵洪波 尹顺德 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2013年第5期1420-1425,共6页
Extended finite element method (XFEM) implementation of the interaction integral methodology for evaluating the stress intensity factors (SIF) of the mixed-mode crack problem is presented. A discontinuous function... Extended finite element method (XFEM) implementation of the interaction integral methodology for evaluating the stress intensity factors (SIF) of the mixed-mode crack problem is presented. A discontinuous function and the near-tip asymptotic function are added to the classic finite element approximation to model the crack behavior. Two-state integral by the superposition of actual and auxiliary fields is derived to calculate the SIFs. Applications of the proposed technique to the inclined centre crack plate with inclined angle from 0° to 90° and slant edge crack plate with slant angle 45°, 67.5° and 90° are presented, and comparisons are made with closed form solutions. The results show that the proposed method is convenient, accurate and computationallv efficient. 展开更多
关键词 stress intensity factor (SIF) interaction integral method extended finite element method (xfem
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Thermoelastic analysis of multiple defects with the extended finite element method 被引量:2
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作者 Honggang Jia Yufeng Nie 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第6期1123-1137,共15页
In this paper, the extended finite element method (XFEM) is adopted to analyze the interaction between a single macroscopic inclusion and a single macroscopic crack as well as that between multiple macroscopic or micr... In this paper, the extended finite element method (XFEM) is adopted to analyze the interaction between a single macroscopic inclusion and a single macroscopic crack as well as that between multiple macroscopic or microscopic defects under thermal/mechanical load. The effects of different shapes of multiple inclusions on the material thermomechanical response are investigated, and the level set method is coupled with XFEM to analyze the interaction of multiple defects. Further, the discretized extended finite element approximations in relation to thermoelastic problems of multiple defects under displacement or temperature field are given. Also, the interfaces of cracks or materials are represented by level set functions, which allow the mesh assignment not to conform to crack or material interfaces. Moreover, stress intensity factors of cracks are obtained by the interaction integral method or the M-integral method, and the stress/strain/stiffness fields are simulated in the case of multiple cracks or multiple inclusions. Finally, some numerical examples are provided to demonstrate the accuracy of our proposed method. 展开更多
关键词 Multiple defects Stress intensity factors extended finite element method (xfem) THERMOELASTIC
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On the Total Dynamic Response of Soil-Structure Interaction System in Time Domain Using Elastodynamic Infinite Elements with Scaling Modified Bessel Shape Functions
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作者 Konstantin Kazakov 《American Journal of Computational Mathematics》 2013年第2期104-109,共6页
This paper is devoted to a new approach—the dynamic response of Soil-Structure System (SSS), the far field of which is discretized by decay or mapped elastodynamic infinite elements, based on scaling modified Bessel ... This paper is devoted to a new approach—the dynamic response of Soil-Structure System (SSS), the far field of which is discretized by decay or mapped elastodynamic infinite elements, based on scaling modified Bessel shape functions are to be calculated. These elements are appropriate for Soil-Structure Interaction problems, solved in time or frequency domain and can be treated as a new form of the recently proposed elastodynamic infinite elements with united shape functions (EIEUSF) infinite elements. Here the time domain form of the equations of motion is demonstrated and used in the numerical example. In the paper only the formulation of 2D horizontal type infinite elements (HIE) is used, but by similar techniques 2D vertical (VIE) and 2D corner (CIE) infinite elements can also be added. Continuity along the artificial boundary (the line between finite and infinite elements) is discussed as well and the application of the proposed elastodynamical infinite elements in the Finite element method is explained in brief. A numerical example shows the computational efficiency and accuracy of the proposed infinite elements, based on scaling Bessel shape functions. 展开更多
关键词 Soil-Structure interaction Wave Propagation INfinite elements finite element method BESSEL Functions DUHAMEL integral
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Study on interaction between induced and natural fractures by extended finite element method
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作者 DanDan Xu ZhanLi Liu +2 位作者 Zhuo Zhuang QingLei Zeng Tao Wang 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第2期24-37,共14页
Fracking is one of the kernel technologies in the remarkable shale gas revolution. The extended finite element method is used in this paper to numerically investigate the interaction between hydraulic and natural frac... Fracking is one of the kernel technologies in the remarkable shale gas revolution. The extended finite element method is used in this paper to numerically investigate the interaction between hydraulic and natural fractures, which is an important issue of the enigmatic fracture network formation in fracking. The criteria which control the opening of natural fracture and crossing of hydraulic fracture are tentatively presented. Influence factors on the interaction process are systematically analyzed, which include the approach angle, anisotropy of in-situ stress and fluid pressure profile. 展开更多
关键词 hydraulic fracturing natural fracture interaction criterion fluid pressure extended finite element method
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Recent advances in the extended finite element method (XFEM) and isogeometric analysis (IGA)
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作者 DanDan Xu ZhanLi Liu Zhuo Zhuang 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第12期80-81,共2页
The finite element method (FEM) is one of the most popular and efficient methods for computational modeling in scien- tific research and engineering . To expand its application to more complex problems, lots of new ... The finite element method (FEM) is one of the most popular and efficient methods for computational modeling in scien- tific research and engineering . To expand its application to more complex problems, lots of new FEM-based methods have been developed in recent decades. 展开更多
关键词 xfem IGA Recent advances in the extended finite element method and isogeometric analysis
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Numerical modeling of concrete hydraulic fracturing with extended finite element method 被引量:30
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作者 REN QingWen DONG YuWen YU TianTang 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2009年第3期559-565,共7页
The extended finite element method (XFEM) is a new numerical method for modeling discontinuity. Research about numerical modeling for concrete hydraulic fracturing by XFEM is explored. By building the virtual work pri... The extended finite element method (XFEM) is a new numerical method for modeling discontinuity. Research about numerical modeling for concrete hydraulic fracturing by XFEM is explored. By building the virtual work principle of the fracture problem considering water pressure on the crack surface, the governing equations of XFEM for hydraulic fracture modeling are derived. Implementation of the XFEM for hydraulic fracturing is presented. Finally, the method is verified by two examples and the advan- tages of the XFEM for hydraulic fracturing analysis are displayed. 展开更多
关键词 extended finite element method (xfem) HYDRAULIC FRACTURE CONCRETE NUMERICAL modeling
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Numerical Study of Quasi-Static Crack Growth Problems Based on Extended Finite Element Method 被引量:1
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作者 郑安兴 罗先启 《Journal of Shanghai Jiaotong university(Science)》 EI 2014年第6期736-746,共11页
The extended finite element method(XFEM) is a numerical method for modeling discontinuities within a classical finite element framework. Based on the algorithm of XFEM, the major factors such as integral domain factor... The extended finite element method(XFEM) is a numerical method for modeling discontinuities within a classical finite element framework. Based on the algorithm of XFEM, the major factors such as integral domain factor and mesh density which all influence the calculation accuracy of stress intensity factor(SIF) are discussed,and the proper parameters to calculate the SIF are given. The results from the case analysis demonstrate that the crack path is the most sensitive to the crack growth increment size, and the crack path is not mesh-sensitive. A reanalysis method for the XFEM has been introduced. The example presented shows that there is a significantly reduced computational cost for each iteration of crack growth achieved by using the reanalysis method and the reanalysis approach has increasing benefits as the mesh density increases or the value of crack growth increments size decreases. 展开更多
关键词 extended finite element method(xfem) stress intensity factor(SIF) CRACK level set numerical methods
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Numerical modeling of concrete hydraulic fracturing with extended finite element method
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作者 REN QingWen DONG YuWen YU TianTang 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2010年第3期320-348,共29页
The extended finite element method (XFEM) is a new numerical method for modeling discontinuity.Research about numerical modeling for concrete hydraulic fracturing by XFEM is explored.By building the virtual work princ... The extended finite element method (XFEM) is a new numerical method for modeling discontinuity.Research about numerical modeling for concrete hydraulic fracturing by XFEM is explored.By building the virtual work principle of the fracture problem considering water pressure on the crack surface,the governing equations of XFEM for hydraulic fracture modeling are derived.Implementation of the XFEM for hydraulic fracturing is presented.Finally,the method is verified by two examples and the advantages of the XFEM for hydraulic fracturing analysis are displayed. 展开更多
关键词 有限元 数字模型 混凝土 压力
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基于XFEM与Cohesive模型分析PBX裂纹产生与扩展 被引量:15
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作者 黄西成 李尚昆 +4 位作者 魏强 田荣 陈成军 王理想 柳明 《含能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期694-700,共7页
利用扩展有限元法(XFEM)分析PBX-9502带孔板状试件在整体压缩下由局部裂纹萌生到裂纹扩展全过程的开裂破坏机理。采用应力状态相关的强度面、非关联流动法则及Cohesive模型,描述了材料在复杂应力状态下的非线性本构行为以及材料的破坏... 利用扩展有限元法(XFEM)分析PBX-9502带孔板状试件在整体压缩下由局部裂纹萌生到裂纹扩展全过程的开裂破坏机理。采用应力状态相关的强度面、非关联流动法则及Cohesive模型,描述了材料在复杂应力状态下的非线性本构行为以及材料的破坏行为。进行了数值模拟结果与美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)试验结果的对比。结果表明,含孔洞的平板在整体压应力环境下孔洞周围产生局部拉伸应力,这种拉伸条件导致局部裂纹萌生。数值模拟的裂纹发展趋势与试验结果相吻合,包括裂纹时程的整体走势和拐点、启裂时刻、裂纹初期扩展速度等。基于扩展有限元方法和内聚模型法,可模拟高聚物粘结炸药(PBX)含能材料的裂纹萌生、扩展。 展开更多
关键词 扩展有限元(xfem) Cohesive模型 高聚物粘结炸药(PBX) 裂纹 扩展 机理
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扩展有限元法(XFEM)及其应用 被引量:132
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作者 李录贤 王铁军 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2005年第1期5-20,共16页
扩展有限元法(extendedfiniteelementmethod,XFEM)是1999年提出的一种求解不连续力学问题的数值方法,它继承了常规有限元法(CFEM)的所有优点,在模拟界面、裂纹生长、复杂流体等不连续问题时特别有效,短短几年间得到了快速发展与应用.XFE... 扩展有限元法(extendedfiniteelementmethod,XFEM)是1999年提出的一种求解不连续力学问题的数值方法,它继承了常规有限元法(CFEM)的所有优点,在模拟界面、裂纹生长、复杂流体等不连续问题时特别有效,短短几年间得到了快速发展与应用.XFEM与CFEM的最根本区别在于,它所使用的网格与结构内部的几何或物理界面无关,从而克服了在诸如裂纹尖端等高应力和变形集中区进行高密度网格剖分所带来的困难,模拟裂纹生长时也无需对网格进行重新剖分.重点介绍XFEM的基本原理、实施步骤及应用实例等,并进行必要的评述.单位分解概念保证了XFEM的收敛,基于此,XFEM通过改进单元的形状函数使之包含问题不连续性的基本成分,从而放松对网格密度的过分要求.水平集法是XFEM中常用的确定内部界面位置和跟踪其生长的数值技术,任何内部界面可用它的零水平集函数表示.第2和第3节分别简要介绍单位分解法和水平集法;第4节和第5节介绍XFEM的基本思想、详细实施步骤和若干应用实例,同时修正了以往文献中的一些不妥之处;最后,初步展望了该领域尚需进一步研究的课题. 展开更多
关键词 水平集法 连续 集函数 单位分解法 收敛 裂纹尖端 剖分 物理 力学问题 几何
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基于XFEM的强震区砼重力坝开裂与配筋抗震措施研究 被引量:12
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作者 张社荣 王高辉 +1 位作者 庞博慧 杜成波 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2013年第6期137-142,共6页
已有震害表明,混凝土坝遭遇强烈地震将不可避免地产生开裂。扩展有限元法(XFEM)通过在相关节点的影响域上富集非连续位移模式,使得对非连续位移场的表征独立于单元边界,可以有效描述混凝土中的裂纹扩展。基于扩展有限元模型,采用合理的... 已有震害表明,混凝土坝遭遇强烈地震将不可避免地产生开裂。扩展有限元法(XFEM)通过在相关节点的影响域上富集非连续位移模式,使得对非连续位移场的表征独立于单元边界,可以有效描述混凝土中的裂纹扩展。基于扩展有限元模型,采用合理的地震波动模型对国内某混凝土重力坝强震下的动力破坏过程进行了分析;针对大坝破坏情况,应用嵌入式滑移模型模拟了混凝土重力坝配筋前后的地震响应和破坏状况,据此评价局部配筋的抗震效果。研究表明,局部配置抗震钢筋虽无法防止裂缝的发生,但可有效限制坝体裂缝的开裂扩展范围及深度,减少裂缝的开度,有效改善坝体的抗震性能。 展开更多
关键词 混凝土重力坝 抗震措施 扩展有限元 破坏模式 裂纹扩展
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XFEM及其在正交异性钢桥面板疲劳裂纹扩展中的应用 被引量:5
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作者 渠昱 曾勇 +1 位作者 顾安邦 杜柏松 《重庆交通大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2018年第4期21-27,共7页
为了研究某大桥扁平钢箱梁正交异性钢桥面板模型试验中出现裂纹的原因,根据试验模型创建了三维扩展有限元(XFEM)模型进行整节段数值计算,利用不连续伽辽金扩展有限元(DG-XFEM)对裂纹扩展进行了模拟。结果表明:弧形开孔与U肋连接附近为... 为了研究某大桥扁平钢箱梁正交异性钢桥面板模型试验中出现裂纹的原因,根据试验模型创建了三维扩展有限元(XFEM)模型进行整节段数值计算,利用不连续伽辽金扩展有限元(DG-XFEM)对裂纹扩展进行了模拟。结果表明:弧形开孔与U肋连接附近为高应力区,该高应力与几何不连续、焊接缺陷引起的应力集中及残余应力等不利因素叠加,使得弧形开孔与U肋连接附近成为疲劳最敏感的部位,即疲劳裂纹产生地;裂纹扩展的初始阶段与主应力等值线垂直,沿最大主应力方向扩展;裂纹出现的位置、扩展路径和长度与试验结果符合很好,与实际桥梁裂纹出现的位置和形态基本一致,也与裂纹扩展的基本理论一致。 展开更多
关键词 桥梁工程 扩展有限元 不连续伽辽金扩展有限元 正交异性钢桥面板 疲劳裂纹扩展 横隔板弧形开孔
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基于XFEM的混凝土开裂数值模拟研究 被引量:15
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作者 董玉文 任青文 《重庆交通大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2009年第1期36-40,155,共6页
扩展有限元法(XFEM)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混凝土开裂、裂纹扩展分析的方法,最后采用扩展有限元法模拟了含初始裂纹的混凝土试件... 扩展有限元法(XFEM)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混凝土开裂、裂纹扩展分析的方法,最后采用扩展有限元法模拟了含初始裂纹的混凝土试件和重力坝的开裂扩展过程,分析了其位移、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裂纹扩展分析中的独特优势。 展开更多
关键词 扩展有限元 混凝土 裂纹扩展 数值模拟
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基于XFEM的裂纹扩展分析 被引量:8
15
作者 刘长虹 李洪升 彭军 《上海工程技术大学学报》 CAS 2010年第3期218-220,共3页
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... 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. 展开更多
关键词 有限元裂纹扩展 有限元法 裂纹扩展
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基于XFEM的平板斜裂纹动态扩展数值模拟 被引量:5
16
作者 彭英 杨平 柯叶君 《武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》 2019年第2期222-225,共4页
基于扩展有限单元法(XFEM),采用有限元软件ABAQUS研究了含斜裂纹矩形板的动态裂纹扩展过程,并讨论了裂纹初始角度、裂纹长度和冲击载荷形式等影响参数对裂纹扩展路径的影响.数值计算结果表明,拉伸冲击载荷下平板斜裂纹基本是按Ⅰ型裂纹... 基于扩展有限单元法(XFEM),采用有限元软件ABAQUS研究了含斜裂纹矩形板的动态裂纹扩展过程,并讨论了裂纹初始角度、裂纹长度和冲击载荷形式等影响参数对裂纹扩展路径的影响.数值计算结果表明,拉伸冲击载荷下平板斜裂纹基本是按Ⅰ型裂纹形式沿直线扩展,改变裂纹初始角度、裂纹长度和冲击载荷形式不会对裂纹扩展路径产生显著影响,但是对裂纹扩展速度会有明显影响. 展开更多
关键词 扩展有限单元法 斜裂纹 动态裂纹扩展 影响参数
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基于XFEM的加筋板动态裂纹扩展研究 被引量:2
17
作者 彭英 杨平 +1 位作者 柯叶君 姜伟 《武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》 2019年第3期443-446,451,共5页
基于扩展有限单元法(XFEM),采用有限元软件ABAQUS,结合最大主应力准则及损伤型的本构关系,对含裂纹加筋板结构的动态裂纹扩展过程展开了系列数值模拟研究,并分析了网格尺寸、加强筋高度,以及裂纹长度对裂纹扩展过程的影响.计算结果表明... 基于扩展有限单元法(XFEM),采用有限元软件ABAQUS,结合最大主应力准则及损伤型的本构关系,对含裂纹加筋板结构的动态裂纹扩展过程展开了系列数值模拟研究,并分析了网格尺寸、加强筋高度,以及裂纹长度对裂纹扩展过程的影响.计算结果表明,冲击拉伸载荷作用下,裂纹在加强筋和板中交替扩展;网格尺寸对计算结果精度的影响明显;增加加强筋高度、减小裂纹长度可以延迟裂纹开始扩展的时间,并且对于减小裂纹在板中的扩展长度十分有利. 展开更多
关键词 扩展有限单元法 含裂纹加筋板 动态裂纹扩展
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基于XFEM钢桥面板-U肋焊缝疲劳裂纹扩展规律及其影响因素分析 被引量:1
18
作者 王占飞 韩迎秋 +1 位作者 何志成 王维 《沈阳建筑大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2023年第4期689-698,共10页
目的研究正交异性钢桥面板与U肋焊缝在循环荷载作用下萌生于焊趾、焊跟处的疲劳裂纹扩展规律及影响因素。方法基于扩展有限单元法(XFEM),利用ABAQUS有限元软件建立了3U肋正交异性板数值分析模型,通过引入初始裂纹长度、面板厚度、应力... 目的研究正交异性钢桥面板与U肋焊缝在循环荷载作用下萌生于焊趾、焊跟处的疲劳裂纹扩展规律及影响因素。方法基于扩展有限单元法(XFEM),利用ABAQUS有限元软件建立了3U肋正交异性板数值分析模型,通过引入初始裂纹长度、面板厚度、应力比三个变量参数,分析评价这些参数变化对焊趾、焊跟处的疲劳裂纹扩展规律及疲劳寿命影响程度。结果初始裂纹长度由0.5 mm增加至1.5 mm、面板厚度由14 mm增加至20 mm、应力比由0.1增加至0.8时,焊趾处裂纹疲劳寿命分别减少46.6%、提高797%、提高364%,焊跟处裂纹疲劳寿命分别减少51.2%、提高425%、提高351%。结论XFEM能准确预测面板与U肋焊缝疲劳细节的疲劳裂纹扩展路径及其疲劳寿命;初始裂纹长度越长、面板厚度和应力比越小,疲劳裂纹的扩展速率愈快、相应的疲劳寿命越小。 展开更多
关键词 正交异性钢桥面板 疲劳细节 扩展有限元 疲劳裂纹扩展 疲劳寿命
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SRM壳体/绝热层脱粘的XFEM
19
作者 李明 关正西 《上海航天》 北大核心 2007年第4期34-37,61,共5页
将扩展有限元法(XFEM)用于研究固体火箭发动机(SRM)壳体/绝热层的脱粘。将层隙型和紧贴型脱粘等效为双材料界面裂纹,建立了XFEM的双材料界面裂纹分析模型,并给出了其中核心算法——应变矩阵的求解,通过相互作用积分求出应力强度因子和... 将扩展有限元法(XFEM)用于研究固体火箭发动机(SRM)壳体/绝热层的脱粘。将层隙型和紧贴型脱粘等效为双材料界面裂纹,建立了XFEM的双材料界面裂纹分析模型,并给出了其中核心算法——应变矩阵的求解,通过相互作用积分求出应力强度因子和能量释放率。算例结果表明,XFEM的计算结果与理论值的差异较小,可用于有效求解脱粘问题。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 脱粘 扩展有限元法 界面裂纹 应变矩阵 相互作用积分
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基于XFEM的寒潮作用下水闸开裂性状分析 被引量:4
20
作者 吕杨 张社荣 +1 位作者 于茂 李宏璧 《水利水运工程学报》 CSCD 北大核心 2015年第3期95-100,共6页
水闸普遍存在着可见和不可见的裂缝,带裂缝工作是水闸的常态,当受到寒潮的影响时,已有的细微裂缝会连通、扩展,甚至贯穿整个闸墩,严重影响结构的安全性和耐久性。扩展有限元法(XFEM)通过富集非连续位移模式,使得非连续位移场的表征独立... 水闸普遍存在着可见和不可见的裂缝,带裂缝工作是水闸的常态,当受到寒潮的影响时,已有的细微裂缝会连通、扩展,甚至贯穿整个闸墩,严重影响结构的安全性和耐久性。扩展有限元法(XFEM)通过富集非连续位移模式,使得非连续位移场的表征独立于单元边界,可有效描述混凝土中的裂纹扩展。基于XFEM并结合热力耦合,研究了水闸在不同初始温度下,遭遇不同降温幅度及历时的寒潮作用时的渐进开裂破坏过程,并与某实际工程的开裂情况进行对比,数值模拟结果与现场情况基本吻合。研究结果表明,水闸遭遇寒潮时,靠近闸墩表面的温度与外界温度变化基本一致,靠近闸墩中心的温度变化较小,闸墩内外温差随着寒潮强度的增强而增大;闸墩混凝土的内表温差和约束是导致闸墩开裂的根本原因;裂缝分布在上下游墩头与底板相交的位置,随着寒潮强度的增强,裂缝与底板的夹角、长度及深度也随之增大,对水闸结构的不利影响也越大。因此,寒潮来临时应做好安全监测及混凝土防护工作,控制闸墩的温降以防止裂缝的开展。 展开更多
关键词 水闸 混凝土开裂 寒潮 扩展有限元法(xfem) 温降 耐久性
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