位移外推法和扩展有限元法计算应力强度因子的比较 被引量：3

1

作者 张亚洲 钟红 王立强 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第5期2045-2051,共7页

作为评定裂缝是否扩展的重要参量,应力强度因子的计算精度影响材料性能的评估。通过含预制裂缝的三点弯曲梁、矩形板中心裂缝、矩形板中心斜裂缝和矩形板中心界面裂缝模型4个数值算例,采用位移外推法和扩展有限元法分别计算了裂缝尖端... 作为评定裂缝是否扩展的重要参量,应力强度因子的计算精度影响材料性能的评估。通过含预制裂缝的三点弯曲梁、矩形板中心裂缝、矩形板中心斜裂缝和矩形板中心界面裂缝模型4个数值算例,采用位移外推法和扩展有限元法分别计算了裂缝尖端应力强度因子。将计算结果与解析解或其他数值方法参考解进行对比验证了上述两种方法的计算精度。此外,探讨了网格密度对应力强度因子求解精度的影响以及剔除裂尖附近的结果对位移外推法求解应力强度因子的影响。发现位移外推法可以通过对裂尖进行网格局部加密和去除裂尖奇异点来提高精度;扩展有限元法对网格密度要求相对较小,综合计算时间考虑,可以适当增加网格密度。结果可为求解应力强度因子和针对试验-数值耦合法计算断裂韧度提供参考。 展开更多

关键词 应力强度因子 位移外推法 扩展有限元法 单材料均质模型 双材料界面模型

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全级配混凝土/玄武岩界面直接拉伸断裂研究

2

作者 张亚洲 钟红 +1 位作者 李德玉 涂劲 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2025年第5期266-276,共11页

【目的】以建在基岩上的混凝土坝建基面地震稳定分析为背景,开展全级配混凝土/玄武岩界面静动态断裂试验研究。【方法】试验采取含预制裂缝的圆柱体复合试件承受直接拉伸的形式。在地震荷载典型应变率范围内考虑两种加载速率,其中应变率... 【目的】以建在基岩上的混凝土坝建基面地震稳定分析为背景,开展全级配混凝土/玄武岩界面静动态断裂试验研究。【方法】试验采取含预制裂缝的圆柱体复合试件承受直接拉伸的形式。在地震荷载典型应变率范围内考虑两种加载速率,其中应变率10^(-3)/s为动态加载,应变率10^(-6)/s作为准静态加载。测得了试件的荷载-位移曲线,据此计算全级配混凝土/玄武岩界面的断裂参数,结合数值模拟得到了断裂韧度。【结果】研究表明:准静态加载下复合试件沿预制裂缝扩展,而动态加载下试件在扩展过程中向玄武岩中含天然斜裂缝位置偏转。【结论】相比于准静态加载,复合试件在动态荷载作用下有更高的断裂参数。而与全级配混凝土对比,复合试件在准静态加载下的断裂参数显著降低。通过本次研究,可为全级配混凝土/玄武岩界面准静态和动态作用下的断裂性能提供参考。 展开更多

关键词 动态直接拉伸断裂 全级配混凝土/玄武岩界面 位移外推法 试验-数值耦合法 变形 混凝土 影响因素

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位移法求解应力强度因子的影响因素 被引量：4

3

作者 宋鸣 李有堂 段红艳 《机械设计》 CSCD 北大核心 2010年第9期23-25,42,共4页

基于Chen-Kuang公式、1/4节点位移公式,以有限尺寸板拉伸模型和三点弯曲模型为研究对象,研究了裂尖单元径向尺寸、围绕裂尖周向单元数和力学模型对无量纲应力强度因子计算结果的影响。分别给出了用两种方法进行有限元分析时裂尖径向单... 基于Chen-Kuang公式、1/4节点位移公式,以有限尺寸板拉伸模型和三点弯曲模型为研究对象,研究了裂尖单元径向尺寸、围绕裂尖周向单元数和力学模型对无量纲应力强度因子计算结果的影响。分别给出了用两种方法进行有限元分析时裂尖径向单元尺寸和围绕裂尖周向单元数的合理取值范围,并指出对于1/4节点位移公式,在选用裂尖单元径向尺寸时还应考虑力学模型对计算结果的影响。 展开更多

关键词 有限元 奇异等参元 位移外推法 应力强度因子

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动车组空心车轴应力强度因子研究

4

作者 余海峰 吴兴文 +1 位作者 梁树林 池茂儒 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2024年第1期117-124,共8页

为研究动车组空心车轴应力强度因子,首先分析了车轴应力强度因子的影响因素,建立了含裂纹车轴有限元模型,并使用叠加法求解不同载荷下的应力强度因子。然后采用应力外推法和位移外推法计算了应力强度因子,并将计算结果与文献形状因子公... 为研究动车组空心车轴应力强度因子,首先分析了车轴应力强度因子的影响因素,建立了含裂纹车轴有限元模型,并使用叠加法求解不同载荷下的应力强度因子。然后采用应力外推法和位移外推法计算了应力强度因子,并将计算结果与文献形状因子公式法进行对比。最后根据应力强度因子的一般解析式和位移外推法的计算结果,使用五次多项式对形状因子函数进行拟合,通过设置不同的裂纹深度和载荷验证了形状因子函数和解析式的适用性。结果表明该方法对于求解同一载荷模式下的车轴应力强度因子具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 应力强度因子 有限元 叠加法 应力外推法 位移外推法 形状因子

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基于ANSYS的轮轨接触疲劳分析 被引量：5

5

作者 曹世豪 李煦 +1 位作者 文良华 江晓禹 《重庆交通大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2015年第4期171-175,共5页

通过分析ANSYS求解断裂参数K因子的原理位移外推法,并比较ANSYS仿真计算与断裂力学的解析解结果,表明ANSYS计算K因子的精确度可以达到99.9%。对钢轨表面存在裂纹的轮轨接触疲劳问题进行研究,在不同裂纹角度下,获得不同位置的裂纹尖端应... 通过分析ANSYS求解断裂参数K因子的原理位移外推法,并比较ANSYS仿真计算与断裂力学的解析解结果,表明ANSYS计算K因子的精确度可以达到99.9%。对钢轨表面存在裂纹的轮轨接触疲劳问题进行研究,在不同裂纹角度下,获得不同位置的裂纹尖端应力强度因子。结果表明:随着裂纹角度的增加,应力强度因子KI增加而KII减小;在裂纹角度比较小时,裂纹以滑开型破坏为主,随着裂纹角度的增加,其破坏形式向张开型破坏转变;疲劳裂纹最危险的位置发生在接触斑边缘位置,在钢轨养护时,应选用固体润滑剂。 展开更多

关键词 机车工程 位移外推法 轮轨接触 疲劳裂纹 角度

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复合型裂纹的扩展路径模拟及疲劳寿命预测 被引量：10

6

作者 王建明 刘伟 吕鹤婷 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期1086-1091,共6页

针对二维裂纹稳态扩展,基于位移外推,通过最小二乘法拟合得到应力强度因子数值计算方法;利用最大周向应力准则判断裂纹扩展方向,并得到作为裂纹失稳扩展判据的等效应力强度因子;通过Paris准则得到疲劳寿命预测数值方法。基于ANSYS软件平... 针对二维裂纹稳态扩展,基于位移外推,通过最小二乘法拟合得到应力强度因子数值计算方法;利用最大周向应力准则判断裂纹扩展方向,并得到作为裂纹失稳扩展判据的等效应力强度因子;通过Paris准则得到疲劳寿命预测数值方法。基于ANSYS软件平台,根据上述理论通过APDL编程建立了裂纹扩展路径模拟及疲劳寿命预测模型。该模型可根据裂尖位置进行参数化建模及网格自动划分。将3个典型算例仿真结果与相应解析解或实验结果进行比较,验证了该方法的正确性,为裂纹扩展路径模拟及疲劳寿命预测提供了一种有效的技术手段。 展开更多

关键词 位移外推法 应力强度因子 裂纹扩展路径 疲劳寿命 有限元法

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危岩应力强度因子的计算研究 被引量：10

7

作者 李佳壕 吴礼舟 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2013年第2期236-242,共7页

危岩崩塌是山区主要地质灾害之一,其主控结构面的断裂失稳是导致危岩崩塌的根本原因。运用线弹性断裂力学的理论,引入应力集中系数法,建立了自重作用下的危岩应力强度因子的计算公式,可用于主控结构面与裂缝共线的危岩稳定性计算。同时... 危岩崩塌是山区主要地质灾害之一,其主控结构面的断裂失稳是导致危岩崩塌的根本原因。运用线弹性断裂力学的理论,引入应力集中系数法,建立了自重作用下的危岩应力强度因子的计算公式,可用于主控结构面与裂缝共线的危岩稳定性计算。同时还推导了基于ABAQUS的J积分、位移外推法计算危岩应力强度因子的过程。通过实例表明,2种数值计算方法与解析结果十分接近,验证了ABAQUS计算危岩应力强度因子的合理性,最后模拟了危岩裂缝角度以及临空面宽度变化对危岩应力强度因子的影响。利用ABAQUS对危岩进行分析,并绘制应力强度因子在各因素影响下的趋势图,可以推测危岩失稳的临界条件。 展开更多

关键词 危岩 应力强度因子 应力集中系数法 J积分 位移外推法

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Ⅰ-Ⅱ复合型多裂纹板的应力强度因子分析 被引量：3

8

作者 李爱民 崔海涛 温卫东 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2015年第5期803-807,共5页

利用有限元方法求解多裂纹板的应力强度因子,讨论了板的尺寸、裂纹长度比、裂纹间距比对应力强度因子的影响。通过单裂纹的数值解与解析解的对比,证明了有限元位移外推法求解应力强度因子的有效性。计算结果表明:两侧裂纹长度越小、离... 利用有限元方法求解多裂纹板的应力强度因子,讨论了板的尺寸、裂纹长度比、裂纹间距比对应力强度因子的影响。通过单裂纹的数值解与解析解的对比,证明了有限元位移外推法求解应力强度因子的有效性。计算结果表明:两侧裂纹长度越小、离中心裂纹越远,对中心裂纹尖端应力强度因子的影响就越小;当板的尺寸W/a>8时可视为无限大平板,忽略板尺寸的影响;当L/b>9或h/b>6时,两侧裂纹对中心裂纹影响很小,可忽略裂纹之间的相互影响而分开考虑。 展开更多

关键词 应力强度因子 复合型裂纹 位移外推法 有限元

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模拟三维裂纹问题的扩展有限元法 被引量：28

9

作者 余天堂 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期3280-3285,3294,共7页

扩展有限元法是一种在常规有限元框架内求解强和弱不连续问题的新型数值方法,其计算网格与不连续面相互独立,因此模拟移动不连续面时无需对网格进行重新剖分。给出了模拟三维裂纹问题的扩展有限元法。在常规有限元位移模式中,基于单位... 扩展有限元法是一种在常规有限元框架内求解强和弱不连续问题的新型数值方法,其计算网格与不连续面相互独立,因此模拟移动不连续面时无需对网格进行重新剖分。给出了模拟三维裂纹问题的扩展有限元法。在常规有限元位移模式中,基于单位分解的思想加进一个阶跃函数和二维渐近裂尖位移场,反映裂纹处位移的不连续性。用两个水平集函数表示裂纹。采用线性互补法求解裂纹面非线性接触条件,不需要迭代,提高了计算效率。采用两点位移外推法计算裂纹前缘应力强度因子。给出了3个三维弹性静力问题算例,其结果显示了所提方法能获得高精度的应力强度因子,并能有效地处理裂纹面间的接触问题,同时表明扩展有限元结合线性互补法求解不连续问题具有较好的前景。 展开更多

关键词 扩展有限单元法 三维裂纹 接触条件 线性互补法 位移外推法 应力强度因子

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7085铝合金三维中心斜裂纹应力强度因子的数值计算 被引量：3

10

作者 宋彦琦 刘小珍 +1 位作者 王卓 王石磊 《科学技术与工程》 北大核心 2017年第28期251-255,共5页

为研究7085-T7485铝合金疲劳裂纹扩展的应力强度因子,用ANSYS软件建立了含三维中心斜裂纹铝合金的有限元模型。利用位移外推法和相互作用积分法计算了裂纹的应力强度因子;并将两种方法计算得到的结果与解析解对比,分析了中心斜裂纹的长... 为研究7085-T7485铝合金疲劳裂纹扩展的应力强度因子,用ANSYS软件建立了含三维中心斜裂纹铝合金的有限元模型。利用位移外推法和相互作用积分法计算了裂纹的应力强度因子;并将两种方法计算得到的结果与解析解对比,分析了中心斜裂纹的长度和倾斜角度对应力强度因子的影响。结果表明,在一定的范围内,两种方法与解析解都比较接近;但随着裂纹长度和角度的增加,相互作用积分凸显出更高的精度。因此,采用相互作用积分法对裂纹扩展的应力强度因子进行了计算,研究结果对铝合金三维复合型疲劳裂纹扩展机制研究有一定的指导意义。 展开更多

关键词 7085-T7452铝合金 应力强度因子 ANSYS模拟 位移外推法 相互作用积分法

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应力比对铝钢复合材料界面Ⅰ型裂纹应力强度因子的影响 被引量：3

11

作者 李有堂 杨龙 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2021年第4期40-44,共5页

以铝钢复合材料的Ⅰ型界面裂纹为研究对象,运用节点位移外推法求解复合材料Ⅰ型界面裂纹的应力强度因子,得到的应力强度因子通过节点位移表示.对应力强度因子进行有限元数值模拟,研究应力比和应力强度因子之间的关系.研究结果表明:在同... 以铝钢复合材料的Ⅰ型界面裂纹为研究对象,运用节点位移外推法求解复合材料Ⅰ型界面裂纹的应力强度因子,得到的应力强度因子通过节点位移表示.对应力强度因子进行有限元数值模拟,研究应力比和应力强度因子之间的关系.研究结果表明:在同一应力比条件下,应力强度因子随裂纹尺寸比的增大而增大;在同一裂纹尺寸比条件下,应力强度因子随应力比的增大而增大. 展开更多

关键词 铝钢复合材料 应力比 应力强度因子 Ⅰ型裂纹 节点位移外推法

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玻璃钢套管Ⅰ型裂纹应力强度因子的数值计算 被引量：1

12

作者 宋彦琦 李向上 李国庆 《辽宁工程技术大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2017年第9期949-954,共6页

为研究含裂纹玻璃钢套管裂纹尖端应力强度因子,采用ANSYS软件建立了含中心裂纹玻璃钢套管的有限元模型,研究了玻璃钢套管长度、端面直径、裂纹长度及外载荷对裂纹尖端应力强度因子的影响.研究结果表明:可以采用有限元软件解决裂纹尖端... 为研究含裂纹玻璃钢套管裂纹尖端应力强度因子,采用ANSYS软件建立了含中心裂纹玻璃钢套管的有限元模型,研究了玻璃钢套管长度、端面直径、裂纹长度及外载荷对裂纹尖端应力强度因子的影响.研究结果表明:可以采用有限元软件解决裂纹尖端应力场奇异性的问题,验证了使用位移外推法和J积分方法求解应力强度因子的正确性;当只改变一个参数时:裂纹尖端应力强度因子随裂纹长度变化呈线性增长;随着外载荷的增长,裂纹尖端应力强度因子呈正比关系增长;当试件长度与裂纹长度符合无限大平板假说时,采用位移外推法和J积分方法求解的应力强度因子与解析解基本一致.该成果对研究玻璃钢套管具有一定的参考价值和指导意义. 展开更多

关键词 玻璃钢套管 应强度因子 ANSYS模拟 位移外推法 J积分法

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基于扩展有限元法计算二维应力强度因子 被引量：4

13

作者 黄毅 宋侨 +1 位作者 骆旭锋 常岩军 《广西大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2018年第1期365-370,共6页

基于ABAQUS有限元分析平台和UEL用户自定义单元接口,采用Matlab编制了扩展有限元的分析程序,对单边裂纹有限板条试件进行了扩展有限元模拟,并用位移外推法计算了裂纹的应力强度因子,探讨了网格密度和积分区域尺寸以及积分点个数对计算... 基于ABAQUS有限元分析平台和UEL用户自定义单元接口,采用Matlab编制了扩展有限元的分析程序,对单边裂纹有限板条试件进行了扩展有限元模拟,并用位移外推法计算了裂纹的应力强度因子,探讨了网格密度和积分区域尺寸以及积分点个数对计算应力强度因子精度的影响。数值结果表明:细化网格可以显著提高有限元的计算精度,但由于扩展有限元本身精度较高,细化网格对提高扩展有限元计算精度的效果不明显;合理确定富集单元积分区域范围以及增加积分点个数都可以提高计算精度。 展开更多

关键词 应力强度因子 扩展有限元法 位移外推法 裂尖位移场 网格密度

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Ⅰ型裂纹应力强度因子的有限元计算方法 被引量：4

14

作者 李磅磅 邹志鉴 《农业装备与车辆工程》 2022年第4期70-73,共4页

建立求解应力强度因子的三点弯曲试样模型,采用位移外推法、应力外推法、虚拟裂纹闭合法等3种不同的方法计算Ⅰ型裂纹应力强度因子K_(I)。研究了载荷、裂纹长度、试样的几何参数等对Ⅰ型裂纹应力强度因子的影响。结果表明,3种方法计算出... 建立求解应力强度因子的三点弯曲试样模型,采用位移外推法、应力外推法、虚拟裂纹闭合法等3种不同的方法计算Ⅰ型裂纹应力强度因子K_(I)。研究了载荷、裂纹长度、试样的几何参数等对Ⅰ型裂纹应力强度因子的影响。结果表明,3种方法计算出的KI值的结果一致性良好,与解析解相比都能达到较高精度。分析比较3种计算方法,对裂纹应力强度因子计算方法的选择提供参考。 展开更多

关键词 应力强度因子 位移外推法 虚拟裂纹闭合法 三点弯曲试样

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