基于邊界元法的疲勞裂紋擴展軌跡模擬.pdf

1、在實際工程結構中,由疲勞引起的斷裂是結構失效的主要形式之一,造成了很多的重大事故。為了防止事故發(fā)生,減少損失,需要對疲勞裂紋的擴展進行研究。目前對于裂紋擴展的研究主要有實驗方法和數(shù)值分析方法,實驗方法費時費力且效率比較低,而數(shù)值分析方法卻十分方便高效。本文基于邊界元理論,對二維和三維裂紋擴展軌跡進行了數(shù)值模擬。論文的主要工作有:
　　(1)基于邊界元理論,采用邊界元子域法沿裂紋面分域,分別采用線性單元和二次單元對求解區(qū)域邊界進行離

2、散,依據(jù)最大應力準則判斷裂紋擴展方向,使用Fortran語言編寫程序實現(xiàn)二維平面裂紋的擴展軌跡模擬;
　　(2)由于區(qū)域邊界單元類型的不同(線性單元,二次單元)、裂紋尖端單元類型的不同(四分之一節(jié)點單元,二次單元)、裂紋尖端網(wǎng)格密度的大小等因素對于計算結果都有一定的影響,所以選取孔邊裂紋受單向拉伸板模型驗證了上述因素對于計算結果精度的影響,結果表明二次單元比線性單元更加精確,裂紋尖端選取四分之一奇異性單元能夠更加精確的模擬裂紋尖端

3、的應力場,而且網(wǎng)格密度越大計算結果誤差越小;
　　(3)選取斜裂紋受均勻單向拉伸板作為研究對象,研究了在不同初始裂紋長度下裂紋尖端應力強度因子的計算精度和裂紋的平面擴展軌跡,并且對裂紋擴展過程中I型應力強度因子和II型應力強度因子的變化規(guī)律進行了研究;
　　(4)采用三維邊界元斷裂分析軟件FRANC3D研究了邊界元法在三維裂紋中的應用,選取半橢圓形表面裂紋模型和單邊受拉斜裂紋模型進行計算并且驗證了FRANC3D的計算精度,結