构造虚拟闭合电路 求解感生电动势

经历从看得见的具体有形的闭合电路到假想的、虚拟的闭合电路去理解感生电动势的产生,逐步体会均匀变化的磁场所产生的稳定的感生电场的客观存在性,正确认识电磁感应的实质.

基于虚拟闭合法采用梁单元计算裂尖节点力的方法

基于虚拟裂纹闭合法提出了一种采用梁单元计算裂纹尖端节点力的方法.对含斜裂纹的薄板进行了计算,对比计算值及理论值得出,裂纹尖端应力强度因子的最大计算误差为0.72%,有较好的准确度.分析了不同网格尺寸对结果的影响,得出当裂纹的半径为3 mm时,裂纹尖端网格尺寸选为0.28 mm可以既满足精度要求,又能满足计算效率要求.同时对钢轨存在斜裂纹的情况进行了分析,得出车轮在横移4 mm的情况下,裂纹面的扩展以Ⅲ型开裂为主,两裂纹面以横向滑移为主,并且裂纹会从轨距角处向钢轨内侧扩展.采用本文所提出的方法可以减少后处理工作中可能产生的误差,提高计算效率,降低虚拟闭合法的使用门槛,为计算裂纹尖端节点力提供一种新的方法.

基于虚拟裂纹闭合法计算裂纹扩展的能量释放率

研究利用虚拟裂纹闭合法(VCCT)和通用有限元程序计算裂纹扩展能量释放率(G).利用开发的接口单元,将VCCT集成于有限元软件中.基于这一原理,通过ABAQUS用户单元子程序UEL编写9,16,20节点接口单元,将VCCT法集成于8节点和20节点6面体网格中,直接通过有限元计算输出能量释放率,无需进行复杂的后处理.最后,通过2个算例对该接口单元进行了验证.结果表明,利用所编写的界面单元能够得到准确的计算结果,同时提高了计算效率.

基于光滑有限元的含裂纹复合材料的虚拟裂纹闭合法

为提高求解断裂参数的精度和效率,将光滑有限元法与虚拟裂纹闭合法相结合,提出光滑有限元-虚拟裂纹闭合法.对含不同长度和角度的倾斜裂纹复合材料圆板的断裂参数进行了求解,并与有限元-虚拟裂纹闭合法计算结果进行了对比.数值算例结果验证了该方法具有高精度,裂纹尖端处单元不需特殊处理,对网格尺寸要求低等优点,是分析断裂问题简洁高效的数值计算方法.

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。

基于虚拟裂纹闭合法分析研究构件应力强度因子的计算

在分析应用二维及三维虚拟裂纹闭合法计算裂纹尖端应变能释放率的基础上,将三点弯曲试样的应力强度因子解析解与以ANSYS为平台,应用虚拟裂纹闭合法所得计算结果进行对比.结果表明,解析解与虚拟计算结果相当吻合,说明虚拟裂纹闭合法可用于三点弯曲试样的数值分析与计算.

应用改进的虚拟裂纹闭合方法求解三维裂纹应力强度因子

基于有限元计算结果计算结构的能量释放率,利用能量释放率来计算结构的应力强度因子。本文对现有的虚拟裂纹闭合方法作了改进,即应用本文改进的虚拟裂纹闭合方法求解三维裂纹体应力强度因子时,裂纹前缘的裂纹面可以是任意形状,且裂纹前缘的有限元单元宽度可以不等。文中以三维表面裂纹为例,应用改进的虚拟裂纹闭合方法计算了该结构的应力强度因子,同时讨论了裂纹前缘有限单元宽度对应力强度因子的影响。

改进的三维虚拟裂纹闭合方法

改进了一种基于有限元技术分析三维裂纹应力强度因子的计算方法——虚拟裂纹闭合方法,称为改进的虚拟裂纹闭合方法。应用传统的虚拟裂纹闭合方法求解三维裂纹体应力强度因子时,对有限元模型具有一定的要求,即过裂纹前缘的有限单元裂纹面必须具有相同的面积且对称。而应用文中改进的虚拟裂纹闭合方法求解三维裂纹体应力强度因子时,裂纹前缘的裂纹面可以是任意形状。文中应用改进虚拟裂纹闭合方法,建立20结点等参元有限元模型,对三维表面裂纹应力强度因子进行了验证性的分析和讨论。通过与Newman解相比较,证明该方法适用性强且计算精度高。

虚拟裂纹闭合法在结构裂缝分析中的应用

为分析复杂结构在复杂荷载作用下的断裂力学问题,基于结构断裂分析中的三维虚拟裂纹闭合技术(virtual crack closure technique,VCCT),应用ABAQUS有限元软件中的UEL编写了裂纹尖端接口单元程序,该接口单元无需后处理即可直接得到裂纹尖端的应变能释放率。用该方法计算了两个三维算例,并将计算结果与解析解进行了比较,结果与解析解吻合较好,证明所提方法具有较高精度和可靠性,为分析复杂结构的断裂力学问题提供了很好的思路和工具。

基于ABAQUS平台的机电虚拟裂纹闭合法

为提高求解含裂纹压电体的能量释放率的计算效率和精度以及减少程序编写与调试的工作量,针对四节点平面压电单元提出了机电虚拟裂纹闭合法计算公式.基于通用商业有限元软件ABAQUS,开发了哑节点断裂压电单元,编写用户自定义子程序UEL,该单元可独立求解总能量释放率分量,对不同材料和裂纹长度的含裂纹压电体的能量释放率分量进行了求解,与理论解作了对比,讨论了不同形式网格对求解精度的影响.数值算例结果表明,哑节点断裂压电单元具有精度高、简单方便和对网格尺寸不敏感等优点.

基于虚拟裂纹闭合技术的有限元方法及其在高温混凝土断裂参量计算中的应用

作为一种重要的工程结构材料,混凝土构件的安全问题成为工程界普遍关心的问题,随着科学与技术的发展,混凝土构件的使用条件越来越苛刻,特别是在高温条件下的断裂行为更是成为人们关注的焦点。基于文献[1]在常温下所作的混凝土紧凑拉伸试件测量应力强度因子的实验结果,利用ANSYS有限元商业软件计算了相同载荷条件下混凝土紧凑拉伸试件的应力应变场,用虚拟裂纹闭合技术(VCCT)计算了试件的应力强度因子,计算结果与实验结果吻合较好,验证了该算法和程序计算混凝土构件应力强度因子的可靠性。在此基础上考虑温度对材料力学性能的影响,计算了同样的结构在外载作用下的应力应变场,并获得了不同温度条件下的应力强度因子。计算结果表明:在相同力载荷加载条件下,随着温度的增加,混凝土结构的柔度增加;在相同位移加载条件下,随着温度的增加,混凝土的应力强度因子逐渐减小。

基于扩展无网格法的机电虚拟裂纹闭合法

为提高含裂纹压电材料断裂参数的求解效率和精度,基于扩展无网格理论,引入无网格辅助网格结合哑节点断裂压电单元,提出了基于扩展无网格法的机电虚拟裂纹闭合法,可很好地模拟裂纹尖端奇异性,简化求解过程,提高计算精度;并讨论了不同高斯点个数、不同裂纹长度对能量释放率计算结果的影响,与解析解和基于有限元法的机电虚拟裂纹闭合法计算结果进行比较。数值算例结果表明所提方法正确可行且具有较高的精度。

基于FE/EFG耦合算法的虚拟裂纹闭合法

在裂纹附近区域采用无网格伽辽金(EFG)节点,其余区域采用常规有限单元(FE)节点进行数值离散并求解,获得含裂纹构件的位移场。在裂纹尖端及其附近设置局部辅助有限单元区域,用于求解裂纹尖端处的2个特征参数:裂纹尖端节点力以及靠近裂纹尖端处裂纹面的位移。由这2个参数得到裂纹尖端处的应变能释放率,进而求得相应的应力强度因子,此方法为计算应力强度因子的EFG虚拟裂纹闭合法。数值算例表明,采用EFG虚拟裂纹闭合法能够有效计算裂纹尖端处的应力强度因子。

基于Berkovich压入氮化硅断裂韧性实验验证虚拟裂纹闭合法的有效性

依据Berkovich压入实验获得的压痕裂纹参数和加卸载曲线,通过有限元数值分析方法计算出氮化硅的弹性模量和屈服强度,然后采用虚拟裂纹闭合法计算其裂纹尖端应力强度因子KI,最终获得满足等KI准则的断裂韧性参数。结果表明,不同载荷下计算结果与氮化硅断裂韧性标准值之间的误差范围在-6.58%到-3.74%之间,因此本文所建立的Berkovich压入断裂韧性模型测试结果相对准确可靠,验证了虚拟裂纹闭合法的有效性,同时该方法可以为陶瓷材料的质量评价及工艺参数优化提供一定的技术手段和方法。

基于虚拟裂纹闭合法计算组合材料的应变能释放率

本文研究了将虚拟裂纹闭合法应用ANSYS有限元计算软件,计算组合材料的应变能释放率。在有限元计算中,为了减小后处理工作量,将弹簧单元施加在裂纹尖端。在实际的有限元计算中,COMBIN14单元被用来建立有限元模型,从而将求解过程和后处理过程联系起来,自动计算出能量释放率。随后,将该方法应用于计算组合材料的应变能释放率,进行数值模拟实验。通过分析比较数值计算结果和理论值,表明该数值分析方法所计算出的应变能释放率与理论值完全符合,该数值分析方法是一种高效,精确的数值分析方法。

基于光滑节点域有限元的虚拟裂纹闭合技术

为了提高求解断裂参数的效率和精度,将虚拟裂纹闭合法(Virtual Crack Closure Technique)与光滑节点域有限元方法(Node-Based Smoothed Finite Element Method)相结合,提出了SFEM-VCCT方法.基于三角形单元的光滑节点域有限元方法,对二维含中心斜裂纹受拉伸矩形板的断裂参数进行求解.通过不同的单元离散数量与FEM-VCCT做了比较.数值算例结果表明,SFEM-VCCT改善了FEM-VCCT刚度"过硬"的缺点,精度高于FEM-VCCT,并且对网格尺寸要求低、裂纹尖端单元不需要特殊处理、求解简单方便,具有广阔的应用前景.

基于虚拟裂纹闭合法的铝合金疲劳裂纹扩展分析

基于虚拟裂纹闭合法,以Abaqus有限元软件为平台,编写了用户单元子程序,计算出不同裂纹扩展阶段的应变能释放率和裂纹尖端应力强度因子。结合Paris公式,建立了有限元裂纹扩展模型,可仿真再现疲劳裂纹扩展过程,预测裂纹扩展寿命,为损伤容限评估方法提供一种技术支持。

虚拟裂纹闭合法计算陶瓷材料断裂韧性的有效性研究

基于有限元Abaqus软件,采用虚拟裂纹闭合法的基本原理对ISO15732-2003所提SEPB法测试陶瓷材料断裂韧性进行有限元数值计算.以Si3N4、ZrO_2、Al_2O_3、ZTA、SiC五种陶瓷材料SEPB法标准实验为例,分别将虚拟裂纹闭合法计算所得断裂韧性值与标准实验测试值进行对比.结果表明:Si3N4、ZrO_2、Al_2O_3、ZTA、SiC五种陶瓷材料断裂韧性的数值计算值与实验测试值较为一致,其偏差仅分别为1.77%、1.76%、1.82%、1.55%和1.82%.进一步验证了虚拟裂纹闭合法计算断裂韧性值的有效性,同时为该方法的工程应用提供一定的理论基础.

热压作用下新风系统水力工况分析方法研究

热压作用导致通过竖直立管送风的空调新风系统水力失调且并联管路阻力不平衡,无法计算管网阻抗及进行水力工况分析,针对该问题提出了适用于热压作用下的新风系统水力工况分析方法。该方法将整体管网看作并联的各末端通风支管虚拟闭合环路,求解压阻平衡方程组,拟合了各闭合环路与管网的特性曲线方程,确定了虚拟闭合环路阻抗,实现了热压作用下管网流体流动及流量分配规律的描述。计算中考虑了管网流量与摩擦阻力系数、局部阻力系数的耦合关系。以某办公楼新风系统为例,利用环路阻抗方法对热压作用下管网的水力工况进行了分析,其计算结果与方程组迭代计算结果相吻合,表明了所提方法的准确性。

两种厚度的层合板单搭接胶接接头的静力与疲劳性能研究

针对两种厚度的复合材料单搭接胶接接头开展了静力与疲劳试验研究和静力数值分析。用虚拟裂纹闭合技术模拟搭接胶接界面,研究单搭接试件在轴向拉伸载荷作用下的裂纹起始和扩展原理。结果显示:损伤起始时刻,G_(Ⅲ)远远小于G_(Ⅰ),G_(Ⅱ);G_(Ⅰ)随着裂纹长度的增加而减小,G_(Ⅱ)随裂纹长度的增加而增大;界面损伤起始主要受面外剥离力的影响,裂纹扩展主要受滑移剪切力的作用。设计两种厚度的复合材料单搭接胶接接头的疲劳试验,得到了不同疲劳载荷下试件的疲劳寿命,并给出相应裂尖G_(Ⅰ)/G_(Ⅰ)C,G_(Ⅱ)/G_(Ⅱ)C的值;绘制N-G_(Ⅰ)/G_(Ⅰ)C,G_(Ⅱ)/G_(Ⅱ)C曲线发现,寿命随G_(Ⅰ)/G_(Ⅰ)C增加的递减幅度远远大于随G_(Ⅱ)/G_(Ⅱ)C变化的幅度;对比试件胶接界面破坏形式发现,与粘接层较薄试验件相比,粘接层较厚的试验件界面破坏形式较平滑,且胶层破坏面积所占比例较高;随着疲劳载荷值的增加,搭接区域胶层破坏面积所占比例减小,被粘接的复合材料纤维层撕裂面积增加。