XFEM在壓力容器疲勞裂紋擴(kuò)展分析中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，各種科學(xué)產(chǎn)品為我們的生活帶來了便利的同時，也為我們帶來一定的威脅。壓力容器的疲勞破壞無疑是較為嚴(yán)重的威脅之一，故研究疲勞破壞具有十分重要的意義。經(jīng)典的壓力容器疲勞裂紋擴(kuò)展分析方法，通過估算裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子，根據(jù)Paris公式計算裂紋的疲勞擴(kuò)展長度或壽命。而有限元的發(fā)展不僅可以更精確地計算出疲勞裂紋擴(kuò)展的壽命，還可以確定裂紋擴(kuò)展方向。傳統(tǒng)有限元方法隨著疲勞裂紋的擴(kuò)展常需要不斷調(diào)整網(wǎng)格模型，從而使得計算量大大增加。

2、而擴(kuò)展有限單元法(XFEM)模擬疲勞裂紋擴(kuò)展時，可以使得裂紋貫穿網(wǎng)格單元，在疲勞裂紋擴(kuò)展的過程中，不需要根據(jù)裂紋的變化而調(diào)整網(wǎng)格。但是，目前的商業(yè)有限元軟件在應(yīng)用XFEM進(jìn)行模擬疲勞裂紋擴(kuò)展時，仍存在一些問題。對此，本文針對ABAQUS的XFEM在壓力容器疲勞裂紋擴(kuò)展分析應(yīng)用中的問題進(jìn)行了分析，主要研究內(nèi)容及結(jié)論有:
　　(1)對二維疲勞裂紋的擴(kuò)展速率及方向進(jìn)行了研究，開展了網(wǎng)格尺寸、材料參數(shù)、載荷等因素對擴(kuò)展速率及方向的敏感性分

3、析。分析結(jié)果表明，裂紋在單元內(nèi)視為勻速擴(kuò)展，且在計算貫穿網(wǎng)格所需的循環(huán)加載次數(shù)時向上圓整，導(dǎo)致現(xiàn)有的XFEM在疲勞裂紋擴(kuò)展分析時具有較高的網(wǎng)格敏感性。對此，基于裂紋擴(kuò)展速率提出了一種單元尺寸設(shè)定方法，提高裂紋擴(kuò)展模擬精度。
　　(2)采用所提出的單元尺寸設(shè)定方法，模擬了多軸拉伸試樣的分步加載實驗，對比分析了XFEM與實驗所得的裂紋擴(kuò)展速率和裂紋擴(kuò)展方向。結(jié)果表明，XFEM能夠較好地模擬出疲勞裂紋的擴(kuò)展量。
　　(3)采用所提