鋼構(gòu)件裂紋擴(kuò)展數(shù)值模擬及其工程應(yīng)用.pdf

1、設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行構(gòu)件的設(shè)計(jì)時(shí)，必須控制構(gòu)件的工作應(yīng)力σ不超過許用應(yīng)力[σ]，根據(jù)靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)原則他們完成了很多設(shè)計(jì)。但是這并不能完全避免結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，當(dāng)工作應(yīng)力不超過許用應(yīng)力時(shí)，結(jié)構(gòu)也很容易發(fā)生破壞。這是因?yàn)闃?gòu)件本身存在缺陷，在裂紋的尖端會(huì)有應(yīng)力集中，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強(qiáng)度則不可避免的要受到削弱，在使用荷載的作用下，裂紋還會(huì)擴(kuò)展，隨著時(shí)間的增長裂紋尺寸逐漸增大，最后導(dǎo)致破壞。
　　本文研究了疲勞裂紋擴(kuò)展數(shù)值模擬方法,為裂紋體有限元建模的參數(shù)

2、選擇提供依據(jù),完成了對疲勞裂紋的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模擬，并取得了很好的效果。
　　本文所做的工作如下：
　?。?）對斷裂力學(xué)的基本理論進(jìn)行了簡短的介紹，對疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行歸納和總結(jié)，整理了不同情況下的應(yīng)力強(qiáng)度因子的求法。
　　（2）由于裂紋尖端處應(yīng)力有奇異性的特點(diǎn),用常規(guī)有限元方法來計(jì)算平板貫穿裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子時(shí),裂尖區(qū)域采用三維四分之一分點(diǎn)等參退化奇異單元。基于常規(guī)有限元法對幾種常見的裂紋板（張開型裂紋板、撕開型裂紋板

3、、復(fù)合型裂紋板和共線型裂紋板）進(jìn)行了靜態(tài)模擬，分別求解不同情況下不同裂紋長度的應(yīng)力強(qiáng)度因子，并與參考《應(yīng)力強(qiáng)度因子手冊》算出的應(yīng)力強(qiáng)度因子的理論值做比較，來驗(yàn)證本文方法的可靠性。通過雨流計(jì)數(shù)法對八級地震數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，選取框架結(jié)構(gòu)的一個(gè)結(jié)點(diǎn)為例，模擬裂紋擴(kuò)展，并計(jì)算出框架梁的使用壽命。
　　（3）當(dāng)裂紋長度發(fā)生變化時(shí)，如果采用建模的方法求解應(yīng)力強(qiáng)度因子，每一個(gè)裂紋長度都要重新劃分網(wǎng)格，其工作量巨大。本文先求解一定數(shù)量不同裂紋長度下的

4、應(yīng)力強(qiáng)度因子，建立應(yīng)力強(qiáng)度因子數(shù)據(jù)庫，再采用插值法求解任一一裂紋長度下應(yīng)力強(qiáng)度因子。先用平板來論證插值法求解應(yīng)力強(qiáng)度因子是正確的，再用此法對三維工字梁不同裂紋長度的應(yīng)力強(qiáng)度因子進(jìn)行實(shí)時(shí)求解。
　?。?）本文采用擴(kuò)展有限元法（XFEM，Extended Finite Element Method）對不同情況的裂紋板進(jìn)行動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展模擬。擴(kuò)展有限單元法的原理是采用具有不連續(xù)性質(zhì)的擴(kuò)充形函數(shù)基來代表間斷，因此不連續(xù)場的形函數(shù)可以和網(wǎng)格邊