高精度求解应力强度因子的数值外插法

首先介绍求解应力强度因子的传统蜕化奇异等参元法和一种新型的数值外插法 ,两种方法均在裂尖使用精度较高的蜕化奇异二次等参元。考虑到传统方法受裂尖单元尺寸大小、结构物类型、材料泊松比影响较大等缺陷 ,新方法使用了不同的插值手段。其次 ,讨论了两种方法插值基础的显著区别 ,结合空间Ⅰ型裂纹问题论证了新型数值外插法的插值基础 ,研究了两种方法的理论插值误差 ,发现本文提出的数值外插法比传统的蜕化奇异等参元法的理论精度高一阶。最后 ,对两种方法的计算误差进行了探讨。数值外插法考虑到有限元计算断裂问题的误差 ,能以一定的方式决定不同裂纹问题的优化裂尖单元尺寸。

路面结构裂缝应力强度因子数值计算

路面裂缝尖端应力强度因子是判断裂缝开裂扩展的重要指标 .应用奇异等参元及断裂力学理论 ,对 3种荷载简化模式下路面单裂缝问题进行了数值分析 .在裂缝尖端附近采用最小二乘法回归得到了相应的裂缝尖端应力强度因子 ,同时应用有限宽板条模型进行了数值验算 .计算结果表明 ,裂缝长度与基层模量对裂缝尖端应力强度因子影响较大 ,凸形荷载作用下裂缝更易扩展 .

两相材料界面裂纹的起裂方向及断裂参量研究

采用FRANC2D软件研究了两相材料含界面裂纹的断裂特性。通过在材料界面利用CASCA手动生成界面裂纹并在裂纹尖端附近设置1/4奇异等参元,得到了界面裂纹的复应力强度因子;数值模拟得到了界面裂纹的起裂方向,并分析了界面裂纹的破坏特征。计算结果表明:1/4奇异等参元很好地描述了裂纹尖端场的1/r(1/2)奇异性,FRANC2D软件能够模拟界面裂纹的扩展方向,可以得到界面裂纹尖端的应力场和复应力强度因子,为界面裂纹的断裂特性的进一步分析提供依据。

位移法求解应力强度因子的影响因素

基于Chen-Kuang公式、1/4节点位移公式,以有限尺寸板拉伸模型和三点弯曲模型为研究对象,研究了裂尖单元径向尺寸、围绕裂尖周向单元数和力学模型对无量纲应力强度因子计算结果的影响。分别给出了用两种方法进行有限元分析时裂尖径向单元尺寸和围绕裂尖周向单元数的合理取值范围,并指出对于1/4节点位移公式,在选用裂尖单元径向尺寸时还应考虑力学模型对计算结果的影响。

裂纹起裂方向及扩展路径的数值模拟

采用FRANC2D断裂力学分析软件分析了含裂纹构件的断裂问题,通过在裂纹尖端附近采用1/4奇异等参元,很好的刻画了裂纹尖端场的1/r^(1/2)奇异性,通过对若干典型断裂问题的计算,得到了裂纹尖端的断裂参数,模拟了有限板中心斜裂纹和边斜裂纹的扩展过程,并对裂纹的起裂方向进行了预测,与实验结果进行对比具有较好的一致性。分析结果表明,FRANC2D软件对线弹性材料的断裂问题计算结果精度很高,可以模拟裂纹的扩展路径。利用该软件的计算结果对进一步深入分析断裂问题有很大帮助,可以为工程断裂分析提供参考。