一种新型裂尖加强函数的显式动态扩展有限元法

基于扩展有限元方法提出了一种新的裂尖加强函数,与传统三角函数基表征的加强函数相比,该裂尖加强函数通过组合传统的函数基,继承了传统附加函数的特性,同时使得结点的奇异附加自由度减少为2个,减少了总体劲度矩阵的规模,提高了计算效率。通过集中质量矩阵考虑结构的惯性效应,使用显式时间积分方法计算了含裂纹结构的瞬间受载问题,并应用相互作用积分得到裂尖端点处的动态应力强度因子。通过相关算例的对比分析,验证了所提出的裂尖加强函数的有效性,同时表明采用显式时间积分方法进行结构动态响应分析的可行性及准确性。

考虑渗流应力耦合的XFEM水压致裂模拟

推导了含裂隙饱和多孔介质的水压致裂全耦合问题的扩展有限元增量迭代求解格式。通过对含中心裂纹无限大平板的裂尖位移场解析解的分析,按Ⅰ型和Ⅱ型变形特征进行提取,构建了一种新型的内聚裂尖加强函数,使传统扩展有限元中受裂尖加强影响的节点由每个节点8个裂尖加强自由度缩减到2个(平面问题),大大减小了计算规模。以含中心斜裂纹的多孔介质平板为例,验证了内聚裂尖加强模式的正确性,并对两种裂尖加强模式的雅克比矩阵条件数进行了计算。结果表明:内聚裂尖加强模式下扩展有限元的计算精度与传统扩展有限元的计算精度同阶,且网格较密时,本文处理方法的计算精度高于传统模式的。最后将改进的内聚裂尖加强模式应用到混凝土重力坝的水压致裂模拟中,取得了良好的计算效果。