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Fatigue Crack Propagation Analysis of Orthotropic Steel Bridge with Crack Tip Elastoplastic Consideration 被引量:2
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作者 Ying Wang Zheng Yan Zhen Wang 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2021年第5期549-574,共26页
Due to the complex structure and dense weld of the orthotropic steel bridge deck(OSBD),fatigue cracks are prone to occur in the typical welding details.Welding residual stress(WRS)will cause a plastic zone at the crac... Due to the complex structure and dense weld of the orthotropic steel bridge deck(OSBD),fatigue cracks are prone to occur in the typical welding details.Welding residual stress(WRS)will cause a plastic zone at the crack tip.In this paper,an elastoplastic constitutive model based on the Chaboche kinematic hardening model was introduced,and the extended finite element method(XFEM)was used to study the influence of material elastoplasticity and crack tip plastic zone on the law of fatigue crack propagation.By judging the stress state of the residual stress field at the crack tip and selecting different crack propagation rate models to investigate the crack propagation law when plastic deformation was considered,the propagation path and propagation rate of fatigue crack of the OSBD were obtained.The results show that,whether the residual stress field is considered or not,the plastic deformation at the crack tip will not cause the obvious closure of the fatigue crack at the U-rib toe during the crack propagation process,but will significantly affect the crack propagation path.When material plasticity is considered,the propagation angle of fatigue crack at the U-rib toe basically remains unchanged along the short-axis direction of the initial crack,but is going up along the long-axis direction,and the crack tip plastic zone inhibits the propagation of the crack tip on one side.Compared with linear elastic materials,the crack propagation law considering material plasticity is more consistent with that in actual bridge engineering.In terms of the propagation rate,if the residual stress field is not considered,the fatigue crack propagation rate at U-rib toe with plasticity considered is slightly higher than that without plasticity considered,because plastic deformation will affect the amplitude of energy release rate.When considering the WRS field,the fatigue crack propagation rate at U-rib toe is increased due to the combined actions of plastic deformation and stress ratio R. 展开更多
关键词 Extended finite element fatigue crack propagation orthotropic steel bridge deck welding residual stress plastic deformation
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有限元法、无单元法及自然单元法之比较研究 被引量:14
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作者 卢波 葛修润 孔祥礼 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期780-786,共7页
无单元法与有限元法的根本区别在于形函数的构造方法不同,因而得到的形函数形式也不同,但可统一于单位分解。另外,采用Galerkin法对偏微分方程求解时需要对弱形式在求解域内积分,研究表明有限元法和无单元法中对弱形式的积分可统一于单... 无单元法与有限元法的根本区别在于形函数的构造方法不同,因而得到的形函数形式也不同,但可统一于单位分解。另外,采用Galerkin法对偏微分方程求解时需要对弱形式在求解域内积分,研究表明有限元法和无单元法中对弱形式的积分可统一于单位分解积分方法。无单元法解决了有限元法中前处理复杂以及难以有效处理的诸如裂纹扩展和大变形等问题;然而自身也存在着计算量大、边界条件和不连续的场变量及其导数处理上的困难。自然单元法是新近出现的一种求解PDE的数值方法,它兼有无单元的特性和有限元的优点,可以认为是介于两者之间的一种极具发展前途的数值方法。 展开更多
关键词 数值分析 有限元法 无单元法 自然单元法 单位分解 弱形式 单位分解积分
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高载作用下的疲劳裂纹闭合与残余应力作用 被引量:10
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作者 李亚智 耿伟杰 +1 位作者 束一秀 王启 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期529-535,共7页
工程结构经常受到变幅载荷的作用,施加的高载对结构中的疲劳裂纹扩展有明显影响,了解高载作用机理对于随机载荷谱下的裂纹扩展预测十分重要。基于塑性诱导裂纹闭合原理,运用弹塑性有限元法模拟疲劳裂纹扩展。阐述了所采用的裂纹扩展模... 工程结构经常受到变幅载荷的作用,施加的高载对结构中的疲劳裂纹扩展有明显影响,了解高载作用机理对于随机载荷谱下的裂纹扩展预测十分重要。基于塑性诱导裂纹闭合原理,运用弹塑性有限元法模拟疲劳裂纹扩展。阐述了所采用的裂纹扩展模拟方法及确定裂纹张开和闭合应力的原理,计算获得等K基本载荷循环下的裂纹闭合特性和残余应力分布规律。重点分析在基本循环中插入单个拉伸超载、单个压缩超载和单个拉伸超载后紧跟单个压缩超载等情况下裂纹的张开、闭合应力及残余应力分布随裂纹扩展的变化规律。结果表明,超载在裂尖前方和裂纹尾迹区引起的压缩残余应力是导致裂纹闭合应力水平升高和裂纹扩展迟滞的重要原因。裂纹闭合效应在拉伸超载后瞬时减弱,但会随着裂纹扩展快速上升至超过正常水平;单纯的压缩超载对裂纹闭合的削弱可以忽略不计,但紧跟在拉伸超载之后的压缩超载将导致裂纹闭合效应减弱,削弱拉伸超载下的裂纹扩展迟滞效应。 展开更多
关键词 疲劳裂纹扩展 有限元方法 计算机模拟 超载迟滞 裂纹闭合 塑性变形 残余应力
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残余应力场中疲劳裂纹闭合的数值分析 被引量:11
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作者 李亚智 王启 +1 位作者 张自鹏 何静 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期97-102,共6页
本章基于塑性诱导裂纹闭合原理,通过弹塑性有限元方法对残余应力场中疲劳裂纹扩展过程进行模拟,阐释残余应力场中的裂纹扩展行为。论文阐述了模拟疲劳裂纹扩展的方法、残余应力生成方法和残余应力场中裂纹张开、闭合应力的计算方法。模... 本章基于塑性诱导裂纹闭合原理,通过弹塑性有限元方法对残余应力场中疲劳裂纹扩展过程进行模拟,阐释残余应力场中的裂纹扩展行为。论文阐述了模拟疲劳裂纹扩展的方法、残余应力生成方法和残余应力场中裂纹张开、闭合应力的计算方法。模拟了焊接产生的拉伸控制残余应力场和冷胀孔产生的压缩控制残余应力场中的疲劳裂纹扩展,分析了残余应力对裂纹闭合效应的影响。分析结果表明,与不含残余应力场的情况相比,拉伸残余应力具有抵消裂纹闭合效应、促进裂纹扩展的作用,并得出权函数法不适用于这种条件下的疲劳裂纹扩展分析的结论;而压缩残余应力具有增强裂纹闭合效应、抑制裂纹扩展的作用。通过数值分析研究残余应力场中的疲劳裂纹闭合效应,能够考虑裂纹扩展中外载与残余应力相互作用引起的残余应力变化,有助于理解残余应力对裂纹扩展的作用机理和进行裂纹扩展预测。 展开更多
关键词 残余应力 疲劳裂纹扩展 裂纹闭合 弹塑性有限元 数值模拟
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基于随机有限元法的平面多裂纹结构可靠性研究 被引量:6
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作者 薛小锋 冯蕴雯 冯元生 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期508-512,共5页
在考虑材料参数、裂纹长度、外载分散性的前提下,文章首先用一般六节点单元和六节点奇异等参单元建立了平面裂纹的有限元模型,用Taylor展开随机有限元方法分析了平面裂纹应力强度因子分散性。在考虑多裂纹结构的断裂韧性和应力强度因子... 在考虑材料参数、裂纹长度、外载分散性的前提下,文章首先用一般六节点单元和六节点奇异等参单元建立了平面裂纹的有限元模型,用Taylor展开随机有限元方法分析了平面裂纹应力强度因子分散性。在考虑多裂纹结构的断裂韧性和应力强度因子服从对数正态分布的基础上,结合可靠性分析中的应力强度干涉模型和二阶窄边界理论,建立了多裂纹结构的裂纹失稳扩展可靠性模型。当结构处于平面应变状态时,极限应力强度因子可以直接采用材料断裂韧性,当结构的厚度不能满足平面应变状态要求时,必须将材料平面应变断裂韧性转换为能适用的极限应力强度因子;对于各裂纹的应力强度因子及其分散性,可以通过随机有限元方法计算得到。 展开更多
关键词 多裂纹 可靠性模型 应力强度因子 随机有限元
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金属试件变形断裂过程的计算模拟分析——组合功密度模型的应用 被引量:3
6
作者 张克实 郑长卿 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1992年第2期197-206,共10页
本文作者已建立了一个既适用于裂纹体亦适用于无裂纹体的统一损伤断裂模型——组合功密度模型。在本文中,作者应用该模型并结合大应变弹塑性有限元方法对40Cr制的圆棒光滑拉伸试件、圆棒切口拉伸试件和三点弯曲裂纹试件的变形和断裂过... 本文作者已建立了一个既适用于裂纹体亦适用于无裂纹体的统一损伤断裂模型——组合功密度模型。在本文中,作者应用该模型并结合大应变弹塑性有限元方法对40Cr制的圆棒光滑拉伸试件、圆棒切口拉伸试件和三点弯曲裂纹试件的变形和断裂过程进行了计算模拟。模拟结果很好地再现了两种圆棒拉伸试件的实验过程;而对于三点弯曲试件,模拟得到的载荷——加载位移关系曲线、裂纹扩展量——加载位移关系曲线、J_R阻力曲线和断裂韧性J_(IC)值等均与实测结果相当吻合。证实了该模型既能用于模拟预测无裂纹体中的裂纹萌生和扩展,也能模拟预测裂纹体中的裂纹起裂和稳定扩展过程。 展开更多
关键词 金属试件 变形 断裂 模拟
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基于材料各向异性的整体梁裂纹转折分析 被引量:2
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作者 殷之平 郭今 黄其青 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期160-164,共5页
考虑铝合金材料S-T-L方向材料性能的差异,运用Abaqus/Explicit及其子程序VUMAT进行整体翼梁稳定裂纹扩展路径的准静态模拟,研究了整体翼梁结构在进行剩余强度试验时准静态裂纹扩展特性,并与试验结果进行对比。分析结果显示,考虑材料各... 考虑铝合金材料S-T-L方向材料性能的差异,运用Abaqus/Explicit及其子程序VUMAT进行整体翼梁稳定裂纹扩展路径的准静态模拟,研究了整体翼梁结构在进行剩余强度试验时准静态裂纹扩展特性,并与试验结果进行对比。分析结果显示,考虑材料各向异性损伤失效的材料模型可以很好的描述准静态裂纹扩展,并且可以较好的模拟整体梁裂纹在腹板45°转折和筋条附近90°转折。 展开更多
关键词 整体翼梁结构 准静态裂纹扩展路径 材料各向异性 损伤
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大塑性变形时裂纹稳定扩展的有限元模拟计算 被引量:2
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作者 李肇飞 《强度与环境》 1999年第2期44-50,共7页
采用8结点等参元并在裂纹尖端采用三角形奇异元对三点弯曲试样在单调加载过程中的裂纹扩展进行了有限元模拟计算。并与实验结果进行了对比。
关键词 裂纹扩展 弹塑性变形 有限元 大塑料变形
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用于三维裂纹扩展分析的有限变形不可逆内聚元 被引量:2
9
作者 M. Ortiz A. Pandolfi +2 位作者 申胜平(译) 刘彬(译) 胡更开(校) 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2008年第5期630-640,共11页
为了能准确和高效的跟踪动态裂纹扩展,我们发展了三维有限变形的内聚元和一系列不可逆内聚力关系.该内聚元通过采用不可逆内聚力关系来控制裂纹两侧物质的逐渐分离和形成自由表面,这一点可类比于传统有限元对块体材料的离散化.为了展示... 为了能准确和高效的跟踪动态裂纹扩展,我们发展了三维有限变形的内聚元和一系列不可逆内聚力关系.该内聚元通过采用不可逆内聚力关系来控制裂纹两侧物质的逐渐分离和形成自由表面,这一点可类比于传统有限元对块体材料的离散化.为了展示该方法的预测能力及便于灵活使用的特点,我们模拟了Zehnder和Rosakis所做的重物落下动态断裂实验,值得注意的是该方法可以近似模拟出裂尖的轨迹. 展开更多
关键词 内聚力关系 有限变形 三维 裂纹扩展 有限元 动态断裂
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Discontinuous deformation and displacement analysis: From continuous to discontinuous 被引量:6
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作者 TANG ChunAn TANG ShiBin +1 位作者 GONG Bin BAI HongMei 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第9期1567-1574,共8页
A discontinuous deformation and displacement(DDD) analysis method is proposed for modelling the rock failure process. This method combines the rock failure process analysis(RFPA) method(based on finite element method)... A discontinuous deformation and displacement(DDD) analysis method is proposed for modelling the rock failure process. This method combines the rock failure process analysis(RFPA) method(based on finite element method) and discontinuous deformation analysis(DDA) method. RFPA is used to simulate crack initiation, propagation and coalescence processes of rock during the small deformation state. The DDA method is used to simulate the movement of blocks created by the multiple cracks modelled by the RFPA. The newly developed DDD method is particularly suitable for modelling both crack propagation and block movement during the rock failure process because of the natural and convenient coupling of continuous and discontinuous deformation analyses. The proposed method has been used to simulate crack initiation, propagation and coalescence within a slope as well as the block movement during the landslide process. Numerical modelling results indicate that the proposed DDD method can automatically simulate crack propagation and block movement during the rock failure process without degrading accuracy. 展开更多
关键词 rock failure process finite element method discontinuous deformation analysis (DDA) crack propagation slope stability
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核电站316L不锈钢弯头应力腐蚀行为的寿命预测 被引量:17
11
作者 郭舒 韩恩厚 +2 位作者 王海涛 张志明 王俭秋 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期455-464,共10页
采用数值模拟方法对核电站316L不锈钢弯头的应力腐蚀裂纹扩展行为进行了研究。首先针对不锈钢厚壁弯头(外径355.6 mm,内径275.6 mm)进行有限元建模,在弯头内壁上创建出与实际裂纹相符的半椭圆状3D缺陷作为裂纹形状,其裂纹张开位移(δ_i)... 采用数值模拟方法对核电站316L不锈钢弯头的应力腐蚀裂纹扩展行为进行了研究。首先针对不锈钢厚壁弯头(外径355.6 mm,内径275.6 mm)进行有限元建模,在弯头内壁上创建出与实际裂纹相符的半椭圆状3D缺陷作为裂纹形状,其裂纹张开位移(δ_i)由Dugdale模型计算确定;然后根据有限元计算结果,建立裂纹应力强度因子(K)随裂纹深度(a)及附加应力(P)变化的拟合公式,结合实验数据得到管材在2种冷变形量下的应力腐蚀裂纹扩展速率(da/dt)拟合公式,利用迭代方法计算了裂纹穿透管壁所需的时间,为核电站安全评估提供了有效依据。研究显示,当弯头部位的冷变形量较小(硬度为230~245 HV)且在理想情况下(无初始附加应力),弯头被应力腐蚀裂纹穿透耗时最长(约57 a);当初始附加应力增加至200 MPa,此失效时间约缩减至前者的1/5(无应力释放)、2/7(应力释放一半)以及3/7(应力完全释放);保持初始附加应力不变(200 MPa)并提高弯头部位冷加工变形量(由硬度为230~245 HV提高到275~300 HV),弯头的大变形部位被穿透时间约缩短至小变形部位失效时间的2/5(无应力释放)、3/8(应力释放一半)以及1/3(应力完全释放),由此可见应力释放程度的降低和冷加工变形量的增加均导致了核电站316L不锈钢弯头剩余寿命的缩短。 展开更多
关键词 316L不锈钢弯头 应力腐蚀裂纹扩展 裂纹张开位移 有限元分析 应力释放 冷加工变形
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