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Hydro-mechanical modeling of impermeable discontinuity in rock by extended finite element method 被引量:3
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作者 郑安兴 罗先启 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第11期4337-4346,共10页
The extended finite element method(XFEM) is a numerical method for modeling discontinuities within the classical finite element framework. The computation mesh in XFEM is independent of the discontinuities, such that ... The extended finite element method(XFEM) is a numerical method for modeling discontinuities within the classical finite element framework. The computation mesh in XFEM is independent of the discontinuities, such that remeshing for moving discontinuities can be overcome. The extended finite element method is presented for hydro-mechanical modeling of impermeable discontinuities in rock. The governing equation of XFEM for hydraulic fracture modeling is derived by the virtual work principle of the fracture problem considering the water pressure on crack surface. The coupling relationship between water pressure gradient on crack surface and fracture opening width is obtained by semi-analytical and semi-numerical method. This method simplifies coupling analysis iteration and improves computational precision. Finally, the efficiency of the proposed method for modeling hydraulic fracture problems is verified by two examples and the advantages of the XFEM for hydraulic fracturing analysis are displayed. 展开更多
关键词 extended finite element method CRACK HYDRAULIC fra
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Fracture properties of epoxy asphalt mixture based on extended finite element method 被引量:8
2
作者 钱振东 胡靖 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2012年第11期3335-3341,共7页
Crack is found to be a major distress that affects the performance of the epoxy asphalt pavement.An extended finite element method was proposed for investigating the fracture properties of the epoxy asphalt mixture.Fi... Crack is found to be a major distress that affects the performance of the epoxy asphalt pavement.An extended finite element method was proposed for investigating the fracture properties of the epoxy asphalt mixture.Firstly,the single-edge notched beam test was used to analyze the temperature effect and calculate the material parameters.Then,the mechanical responses were studied using numerical analysis.It is concluded that 5℃ can be selected as the critical temperature that affects the fracture properties,and numerical simulations indicate that crack propagation is found to significantly affect the stress state of the epoxy asphalt mixture.The maximum principal stress at the crack surface exhibits different trends at various temperatures.Numerical solution of stress intensity factor can well meet the theoretical solution,especially when the temperature is lower than 5℃. 展开更多
关键词 epoxy asphalt mixture MICROSTRUCTURE extended finite element method fracture morphology mechanical response
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Evaluation of mixed-mode stress intensity factors by extended finite element method 被引量:3
3
作者 茹忠亮 赵洪波 尹顺德 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2013年第5期1420-1425,共6页
Extended finite element method (XFEM) implementation of the interaction integral methodology for evaluating the stress intensity factors (SIF) of the mixed-mode crack problem is presented. A discontinuous function... Extended finite element method (XFEM) implementation of the interaction integral methodology for evaluating the stress intensity factors (SIF) of the mixed-mode crack problem is presented. A discontinuous function and the near-tip asymptotic function are added to the classic finite element approximation to model the crack behavior. Two-state integral by the superposition of actual and auxiliary fields is derived to calculate the SIFs. Applications of the proposed technique to the inclined centre crack plate with inclined angle from 0° to 90° and slant edge crack plate with slant angle 45°, 67.5° and 90° are presented, and comparisons are made with closed form solutions. The results show that the proposed method is convenient, accurate and computationallv efficient. 展开更多
关键词 stress intensity factor (SIF) interaction integral method extended finite element method xfem
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Simulation of three-dimensional tension-induced cracks based on cracking potential function-incorporated extended finite element method 被引量:1
4
作者 WANG Xiang-nan YU Peng +4 位作者 ZHANG Xiang-tao YU Jia-lin HAO Qing-shuo LI Quan-ming YU Yu-zhen 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第1期235-246,共12页
In the finite element method,the numerical simulation of three-dimensional crack propagation is relatively rare,and it is often realized by commercial programs.In addition to the geometric complexity,the determination... In the finite element method,the numerical simulation of three-dimensional crack propagation is relatively rare,and it is often realized by commercial programs.In addition to the geometric complexity,the determination of the cracking direction constitutes a great challenge.In most cases,the local stress state provides the fundamental criterion to judge the presence of cracks and the direction of crack propagation.However,in the case of three-dimensional analysis,the coordination relationship between grid elements due to occurrence of cracks becomes a difficult problem for this method.In this paper,based on the extended finite element method,the stress-related function field is introduced into the calculation domain,and then the boundary value problem of the function is solved.Subsequently,the envelope surface of all propagation directions can be obtained at one time.At last,the possible surface can be selected as the direction of crack development.Based on the aforementioned procedure,such method greatly reduces the programming complexity of tracking the crack propagation.As a suitable method for simulating tension-induced failure,it can simulate multiple cracks simultaneously. 展开更多
关键词 extended finite element method CRACK three-dimensional calculation cracking potential function tensile failure
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基于XFEM的大体积结构波动传播规律及裂纹反演方法 被引量:2
5
作者 卢皓卓 江守燕 《三峡大学学报(自然科学版)》 北大核心 2024年第1期23-29,共7页
大体积混凝土结构被广泛应用于土木、水利等领域的重大工程中,而混凝土抗拉强度低的力学特性决定了其易产生裂纹,因此,发展高效的检测方法,识别大体积混凝土结构中的裂纹信息十分必要.论文提出了一种新的方法,通过提取响应信号频谱中特... 大体积混凝土结构被广泛应用于土木、水利等领域的重大工程中,而混凝土抗拉强度低的力学特性决定了其易产生裂纹,因此,发展高效的检测方法,识别大体积混凝土结构中的裂纹信息十分必要.论文提出了一种新的方法,通过提取响应信号频谱中特定频率的幅值特征,基于BP人工神经网络建立幅值特征与裂纹信息间的映射关系,从而有效识别出裂纹信息.首先采用扩展有限元法(eXtended Finite Element Methods, XFEM)和人工吸收边界模型,分别模拟了单裂纹和双裂纹情形下,大量不同裂纹信息下特定位置传感器的响应,分析其频谱曲线并提取特征,建立频谱特征—裂尖位置数据集,以训练人工神经网络,测试集的反演效果显示,该方法具有较好的准确度,可有效识别出裂纹信息. 展开更多
关键词 大体积结构 裂纹反演 频域特征 神经网络 扩展有限元法 吸收边界层
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结构断裂损伤高效分析的隔离扩展有限元法
6
作者 李钢 韩春宏 余丁浩 《力学学报》 北大核心 2025年第10期2388-2398,共11页
疲劳与灾害载荷作用下,工程结构内部裂纹的萌生与扩展引起的断裂损伤是威胁其安全性的关键因素.然而,由于断裂损伤问题的非线性特征和微观尺度特征,其分析效率通常较低.本研究结合隔离非线性理论与扩展有限元法(XFEM),提出结构断裂损伤... 疲劳与灾害载荷作用下,工程结构内部裂纹的萌生与扩展引起的断裂损伤是威胁其安全性的关键因素.然而,由于断裂损伤问题的非线性特征和微观尺度特征,其分析效率通常较低.本研究结合隔离非线性理论与扩展有限元法(XFEM),提出结构断裂损伤高效分析的隔离扩展有限元法.本研究首先基于XFEM方法基本原理建立断裂区单元模型,并引入广义协调原理、自由度凝聚、矩阵广义逆等对该方法进行改进,将其中用于模拟断裂损伤的单元间共享附加扩展自由度转换为单元内部自由度,避免传统XFEM方法中结构整体刚度的维数增加,随后,通过将断裂区各单元刚度改写为无损单元刚度的摄动展开形式,进一步考虑断裂损伤的局部化特征,提出了断裂损伤结构的隔离非线性控制方程,该方程避免了结构整体刚度中的元素时变,断裂损伤效应通过对初始无损结构刚度的低秩摄动进行描述,引入Woodbury公式进行控制方程求解,在每个计算步中仅需对代表局部断裂损伤的小规模矩阵进行更新,在保证计算精度的同时显著提升效率.典型算例验证表明,该方法在确保裂纹计算准确性的同时,大幅降低了计算成本. 展开更多
关键词 扩展有限元 广义协调元 隔离非线性 裂纹 局部非线性
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既有砌体结构墙体开裂与加固实例
7
作者 王俊波 申贺文 +1 位作者 王新宇 梁耀哲 《河南科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期69-78,共10页
地基不均匀沉降易引发砌体结构墙体开裂。针对某既有砌体结构,通过实测不同时期地基沉降与墙体开裂数据,揭示了上部结构沉降及裂缝扩展规律。建立加固前后的三维有限元模型,结合扩展有限元法(XFEM)分析土体-结构变形相互作用,阐明墙体... 地基不均匀沉降易引发砌体结构墙体开裂。针对某既有砌体结构,通过实测不同时期地基沉降与墙体开裂数据,揭示了上部结构沉降及裂缝扩展规律。建立加固前后的三维有限元模型,结合扩展有限元法(XFEM)分析土体-结构变形相互作用,阐明墙体开裂与地基沉降的关联性及裂缝分布特征。结果表明:有限元计算结果能准确反映墙体实际开裂规律,裂缝扩展方向与主应力、主拉应变方向正交;在结构局部倾斜达到0.000 2后,墙体裂缝便迅速扩展,实际工程中需在此时开始重点监测。通过实例研究,可为预防地基不均匀沉降引发的结构安全隐患提供实践指导。 展开更多
关键词 砌体 裂缝 扩展有限元 不均匀沉降 加固
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基于XFEM与Cohesive模型分析PBX裂纹产生与扩展 被引量:16
8
作者 黄西成 李尚昆 +4 位作者 魏强 田荣 陈成军 王理想 柳明 《含能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期694-700,共7页
利用扩展有限元法(XFEM)分析PBX-9502带孔板状试件在整体压缩下由局部裂纹萌生到裂纹扩展全过程的开裂破坏机理。采用应力状态相关的强度面、非关联流动法则及Cohesive模型,描述了材料在复杂应力状态下的非线性本构行为以及材料的破坏... 利用扩展有限元法(XFEM)分析PBX-9502带孔板状试件在整体压缩下由局部裂纹萌生到裂纹扩展全过程的开裂破坏机理。采用应力状态相关的强度面、非关联流动法则及Cohesive模型,描述了材料在复杂应力状态下的非线性本构行为以及材料的破坏行为。进行了数值模拟结果与美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)试验结果的对比。结果表明,含孔洞的平板在整体压应力环境下孔洞周围产生局部拉伸应力,这种拉伸条件导致局部裂纹萌生。数值模拟的裂纹发展趋势与试验结果相吻合,包括裂纹时程的整体走势和拐点、启裂时刻、裂纹初期扩展速度等。基于扩展有限元方法和内聚模型法,可模拟高聚物粘结炸药(PBX)含能材料的裂纹萌生、扩展。 展开更多
关键词 扩展有限元(xfem) Cohesive模型 高聚物粘结炸药(PBX) 裂纹 扩展 机理
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扩展有限元法(XFEM)及其应用 被引量:135
9
作者 李录贤 王铁军 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2005年第1期5-20,共16页
扩展有限元法(extendedfiniteelementmethod,XFEM)是1999年提出的一种求解不连续力学问题的数值方法,它继承了常规有限元法(CFEM)的所有优点,在模拟界面、裂纹生长、复杂流体等不连续问题时特别有效,短短几年间得到了快速发展与应用.XFE... 扩展有限元法(extendedfiniteelementmethod,XFEM)是1999年提出的一种求解不连续力学问题的数值方法,它继承了常规有限元法(CFEM)的所有优点,在模拟界面、裂纹生长、复杂流体等不连续问题时特别有效,短短几年间得到了快速发展与应用.XFEM与CFEM的最根本区别在于,它所使用的网格与结构内部的几何或物理界面无关,从而克服了在诸如裂纹尖端等高应力和变形集中区进行高密度网格剖分所带来的困难,模拟裂纹生长时也无需对网格进行重新剖分.重点介绍XFEM的基本原理、实施步骤及应用实例等,并进行必要的评述.单位分解概念保证了XFEM的收敛,基于此,XFEM通过改进单元的形状函数使之包含问题不连续性的基本成分,从而放松对网格密度的过分要求.水平集法是XFEM中常用的确定内部界面位置和跟踪其生长的数值技术,任何内部界面可用它的零水平集函数表示.第2和第3节分别简要介绍单位分解法和水平集法;第4节和第5节介绍XFEM的基本思想、详细实施步骤和若干应用实例,同时修正了以往文献中的一些不妥之处;最后,初步展望了该领域尚需进一步研究的课题. 展开更多
关键词 水平集法 连续 集函数 单位分解法 收敛 裂纹尖端 剖分 物理 力学问题 几何
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基于XFEM的强震区砼重力坝开裂与配筋抗震措施研究 被引量:12
10
作者 张社荣 王高辉 +1 位作者 庞博慧 杜成波 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2013年第6期137-142,共6页
已有震害表明,混凝土坝遭遇强烈地震将不可避免地产生开裂。扩展有限元法(XFEM)通过在相关节点的影响域上富集非连续位移模式,使得对非连续位移场的表征独立于单元边界,可以有效描述混凝土中的裂纹扩展。基于扩展有限元模型,采用合理的... 已有震害表明,混凝土坝遭遇强烈地震将不可避免地产生开裂。扩展有限元法(XFEM)通过在相关节点的影响域上富集非连续位移模式,使得对非连续位移场的表征独立于单元边界,可以有效描述混凝土中的裂纹扩展。基于扩展有限元模型,采用合理的地震波动模型对国内某混凝土重力坝强震下的动力破坏过程进行了分析;针对大坝破坏情况,应用嵌入式滑移模型模拟了混凝土重力坝配筋前后的地震响应和破坏状况,据此评价局部配筋的抗震效果。研究表明,局部配置抗震钢筋虽无法防止裂缝的发生,但可有效限制坝体裂缝的开裂扩展范围及深度,减少裂缝的开度,有效改善坝体的抗震性能。 展开更多
关键词 混凝土重力坝 抗震措施 扩展有限元 破坏模式 裂纹扩展
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XFEM及其在正交异性钢桥面板疲劳裂纹扩展中的应用 被引量:5
11
作者 渠昱 曾勇 +1 位作者 顾安邦 杜柏松 《重庆交通大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2018年第4期21-27,共7页
为了研究某大桥扁平钢箱梁正交异性钢桥面板模型试验中出现裂纹的原因,根据试验模型创建了三维扩展有限元(XFEM)模型进行整节段数值计算,利用不连续伽辽金扩展有限元(DG-XFEM)对裂纹扩展进行了模拟。结果表明:弧形开孔与U肋连接附近为... 为了研究某大桥扁平钢箱梁正交异性钢桥面板模型试验中出现裂纹的原因,根据试验模型创建了三维扩展有限元(XFEM)模型进行整节段数值计算,利用不连续伽辽金扩展有限元(DG-XFEM)对裂纹扩展进行了模拟。结果表明:弧形开孔与U肋连接附近为高应力区,该高应力与几何不连续、焊接缺陷引起的应力集中及残余应力等不利因素叠加,使得弧形开孔与U肋连接附近成为疲劳最敏感的部位,即疲劳裂纹产生地;裂纹扩展的初始阶段与主应力等值线垂直,沿最大主应力方向扩展;裂纹出现的位置、扩展路径和长度与试验结果符合很好,与实际桥梁裂纹出现的位置和形态基本一致,也与裂纹扩展的基本理论一致。 展开更多
关键词 桥梁工程 扩展有限元 不连续伽辽金扩展有限元 正交异性钢桥面板 疲劳裂纹扩展 横隔板弧形开孔
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基于XFEM的混凝土开裂数值模拟研究 被引量:15
12
作者 董玉文 任青文 《重庆交通大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2009年第1期36-40,155,共6页
扩展有限元法(XFEM)是近年来发展起来的分析不连续问题(特别是断裂问题)的一种有效方法。介绍了扩展有限元法的基本原理,给出了采用扩展有限元法进行混凝土开裂、裂纹扩展分析的方法,最后采用扩展有限元法模拟了含初始裂纹的混凝土试件... 扩展有限元法(XFEM)是近年来发展起来的分析不连续问题(特别是断裂问题)的一种有效方法。介绍了扩展有限元法的基本原理,给出了采用扩展有限元法进行混凝土开裂、裂纹扩展分析的方法,最后采用扩展有限元法模拟了含初始裂纹的混凝土试件和重力坝的开裂扩展过程,分析了其位移、应力场分布规律。算例表明扩展有限元法在进行断裂分析时克服了常规有限元法的缺点,避免了常规有限元法在分析断裂问题时繁琐的前处理过程,不需要裂纹面与有限元网格一致,不需要在裂缝周围布置高密度网格,模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,展示了扩展有限元法在裂纹扩展分析中的独特优势。 展开更多
关键词 扩展有限元 混凝土 裂纹扩展 数值模拟
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一种XFEM断裂分析的裂尖单元新型改进函数 被引量:15
13
作者 江守燕 杜成斌 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第1期134-138,共5页
提出了一种适用于裂尖改进单元的新型改进函数,基于三角变换的方法,保留裂纹尖端场的应力奇异性和裂纹上、下表面的位移不连续性,将常规扩展有限元法裂尖改进单元的4项改进函数缩减为2项,裂尖改进单元的结点由常规的8个改进自由度减少为... 提出了一种适用于裂尖改进单元的新型改进函数,基于三角变换的方法,保留裂纹尖端场的应力奇异性和裂纹上、下表面的位移不连续性,将常规扩展有限元法裂尖改进单元的4项改进函数缩减为2项,裂尖改进单元的结点由常规的8个改进自由度减少为4个.采用2个正交的水平集函数表征材料内部裂纹面,详细阐述了改进单元类型的判别方法,给出一种改进单元的分区域积分方案.最后,若干断裂力学问题经典算例的数值计算结果表明:建议的裂尖改进函数具有较高的数值精度,该方法是十分有效的. 展开更多
关键词 扩展有限元法 裂尖改进函数 水平集法 裂纹 断裂分析 应力强度因子
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基于相场法的铝锂合金搅拌摩擦焊接头脆性断裂数值模拟
14
作者 刘陈飘 刘凯 +2 位作者 王芳丽 李悦宁 童明波 《焊接学报》 北大核心 2025年第10期33-43,共11页
以2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,开展基于相场法的脆性断裂数值模拟研究.相场法以Francfort-Marigo变分原理为理论基础,在系统总势能中考虑断裂能,并考虑应变能的拉伸和压缩分解.引入弥散裂纹模型近似非光滑的裂纹拓扑关系,以... 以2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,开展基于相场法的脆性断裂数值模拟研究.相场法以Francfort-Marigo变分原理为理论基础,在系统总势能中考虑断裂能,并考虑应变能的拉伸和压缩分解.引入弥散裂纹模型近似非光滑的裂纹拓扑关系,以序参量表征材料损伤.基于Abaqus软件联合用户自定义元素子程序(user element subroutine,UEL),采用交替解法实现位移场和相场的耦合,进而求解脆性断裂问题.通过与试验结果对比,基于相场法的紧凑拉伸试件焊接区脆性断裂的裂纹扩展路径模拟吻合较好,且最大载荷值误差仅为0.46%.文中进一步研究增量步步长△u、相场特征宽度L_(c)与网格尺寸h对相场法模拟结果的影响,并将相场法与扩展有限元法(extended finite element method,XFEM)和内聚力模型(cohesive zone model,CZM)进行对比.研究表明,当分析增量步为1×10^(-4)时,分析结果收敛. L_(c)与裂纹h存在2倍的关系时,模拟结果较为准确.相场法可以准确模拟2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头脆性断裂演化过程. 展开更多
关键词 搅拌摩擦焊 相场法 扩展有限元法 内聚力模型 脆性断裂 铝锂合金
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基于XFEM钢桥面板-U肋焊缝疲劳裂纹扩展规律及其影响因素分析 被引量:2
15
作者 王占飞 韩迎秋 +1 位作者 何志成 王维 《沈阳建筑大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2023年第4期689-698,共10页
目的研究正交异性钢桥面板与U肋焊缝在循环荷载作用下萌生于焊趾、焊跟处的疲劳裂纹扩展规律及影响因素。方法基于扩展有限单元法(XFEM),利用ABAQUS有限元软件建立了3U肋正交异性板数值分析模型,通过引入初始裂纹长度、面板厚度、应力... 目的研究正交异性钢桥面板与U肋焊缝在循环荷载作用下萌生于焊趾、焊跟处的疲劳裂纹扩展规律及影响因素。方法基于扩展有限单元法(XFEM),利用ABAQUS有限元软件建立了3U肋正交异性板数值分析模型,通过引入初始裂纹长度、面板厚度、应力比三个变量参数,分析评价这些参数变化对焊趾、焊跟处的疲劳裂纹扩展规律及疲劳寿命影响程度。结果初始裂纹长度由0.5 mm增加至1.5 mm、面板厚度由14 mm增加至20 mm、应力比由0.1增加至0.8时,焊趾处裂纹疲劳寿命分别减少46.6%、提高797%、提高364%,焊跟处裂纹疲劳寿命分别减少51.2%、提高425%、提高351%。结论XFEM能准确预测面板与U肋焊缝疲劳细节的疲劳裂纹扩展路径及其疲劳寿命;初始裂纹长度越长、面板厚度和应力比越小,疲劳裂纹的扩展速率愈快、相应的疲劳寿命越小。 展开更多
关键词 正交异性钢桥面板 疲劳细节 扩展有限元 疲劳裂纹扩展 疲劳寿命
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基于XFEM短纤维聚醚醚酮复合材料结构稳定性数值模拟分析 被引量:1
16
作者 文周 薛美贵 +2 位作者 郭鹏飞 梁坚在 王永飞 《塑料工业》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期127-132,81,共7页
熔融沉积成型(FDM)制备短纤维增强聚合物复合材料成型技术日趋完善。采用FDM-3D挤压工艺制备了纤维含量为10%的短碳纤维(CF)和玻璃纤维(GF)增强的高性能聚醚醚酮复合材料,通过拉伸实验获取聚醚醚酮(PEEK)、碳纤维聚醚醚酮复合材料(CF/PE... 熔融沉积成型(FDM)制备短纤维增强聚合物复合材料成型技术日趋完善。采用FDM-3D挤压工艺制备了纤维含量为10%的短碳纤维(CF)和玻璃纤维(GF)增强的高性能聚醚醚酮复合材料,通过拉伸实验获取聚醚醚酮(PEEK)、碳纤维聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)以及玻璃纤维聚醚醚酮复合材料(GF/PEEK)试样应力-应变曲线。在此基础上,以单边缺口弯曲断裂试样为对象,基于扩展有限单元法(XFEM)建立三种材料的数值模拟模型,分别讨论了含初始裂纹缺陷和无预制裂纹状况下试样的结构稳定性。结果表明,在相同条件下CF/PEEK复合材料构件先于纯PEEK材料、GF/PEEK复合材料发生结构失效行为,且当构件中存在热裂纹的状况下,CF/PEEK复合材料构件更有可能发生断裂失效。 展开更多
关键词 聚醚醚酮复合材料 拉伸试验 扩展有限单元法 结构稳定性
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GZO/8YSZ功能梯度热障涂层热冲击过程中裂纹的生长研究
17
作者 刘琨 王九思 +5 位作者 杜康平 郭小满 张蕾 何文斌 都金光 明五一 《表面技术》 北大核心 2025年第7期189-202,共14页
目的探究功能梯度热障涂层(FG-TBCs)的裂纹生长机制。方法通过用户定义材料子程序,建立梯度热障涂层结构模型,并基于响应面优化的扩展有限元法(XFEM)分析TGO/TC界面幅值、热生长氧化物(TGO)厚度和纵向裂纹倾角对裂纹扩展的影响。结果在... 目的探究功能梯度热障涂层(FG-TBCs)的裂纹生长机制。方法通过用户定义材料子程序,建立梯度热障涂层结构模型,并基于响应面优化的扩展有限元法(XFEM)分析TGO/TC界面幅值、热生长氧化物(TGO)厚度和纵向裂纹倾角对裂纹扩展的影响。结果在忽略TGO层初始应力的条件下,TGO厚度与TGO/TC界面裂纹扩展长度成反比;当TGO厚度从3μm增至7μm时,径向应力下降超过300 MPa,裂纹扩展长度和损伤程度显著减小。TGO/TC界面幅值是影响裂纹扩展最关键的因素,其次为TGO厚度,纵向裂纹倾角的影响最小。裂纹扩展与界面幅值呈先减后增的抛物线关系,在界面幅值约为13.6μm时,对裂纹扩展的影响最小。裂纹扩展主要发生在首次热冲击的加热阶段,此时驱动力主要来源于显著温差引起的热应力,在后续热循环中裂纹扩展和损伤依赖于应力的累积效应。结论所建立的梯度结构建模方法为更准确分析FG-TBCs内部应力分布提供了新的选择,研究结果为长寿命热障涂层的制备提供了理论和实验支持。 展开更多
关键词 功能梯度热障涂层 扩展有限元法 响应面方法 纵向裂纹 横向裂纹
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全金属多向隔振装置的减振性能分析
18
作者 郑超 刘建超 +1 位作者 吴俊 薛新 《中国机械工程》 北大核心 2025年第7期1463-1470,共8页
为满足海洋船舶装备在多向载荷和复杂环境中的减振降噪需求,结合球铰结构的灵活性和紧凑性,设计了一种全金属柔性多向隔振装置。基于非线性动力学理论模型和有限元仿真模型,系统分析了本构参数演化对动态响应的影响。通过正弦扫频试验,... 为满足海洋船舶装备在多向载荷和复杂环境中的减振降噪需求,结合球铰结构的灵活性和紧凑性,设计了一种全金属柔性多向隔振装置。基于非线性动力学理论模型和有限元仿真模型,系统分析了本构参数演化对动态响应的影响。通过正弦扫频试验,并结合阻抗与力传递率表征,对装置的隔振性能进行了定量评估。试验采集的加速度频响验证了理论与仿真模型的准确性。结果表明,该装置具备优异的隔振性能,力传递率最低可达0.01,且理论、仿真与试验的结果高度一致。 展开更多
关键词 隔振装置 扩展谐波平衡法 有限元 机械阻抗 力传递率
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钢桥面板典型焊接构造细节疲劳裂纹扩展数值模拟
19
作者 田亮 徐正 +2 位作者 赵健 樊立龙 王宇宁 《焊接学报》 北大核心 2025年第9期64-74,共11页
为研究钢桥面板典型构造细节在焊接残余应力与车辆荷载耦合作用下疲劳开裂问题,对U肋双面焊连接部位、U肋-横隔板连接部位进行焊接过程数值模拟,建立钢桥面板壳-实体单元耦合的节段有限元模型,基于扩展有限元法进行静态应力强度因子计... 为研究钢桥面板典型构造细节在焊接残余应力与车辆荷载耦合作用下疲劳开裂问题,对U肋双面焊连接部位、U肋-横隔板连接部位进行焊接过程数值模拟,建立钢桥面板壳-实体单元耦合的节段有限元模型,基于扩展有限元法进行静态应力强度因子计算和动态裂纹扩展行为分析.研究结果表明,U肋双面焊连接部位和U肋-横隔板连接部位焊缝区域均存在较大的焊接残余拉应力,其最大值均接近钢材的屈服强度;在仅考虑车辆荷载作用下,U肋双面焊节点的顶板内、外侧焊趾处的疲劳裂纹以及U肋-横隔板构造细节的横隔板弧形开孔处均不会开裂;U肋腹板焊趾处和横隔板焊趾处会发生开裂,但与实桥扩展情况不一致;引入焊接残余应力后,顶板内侧焊趾处的裂纹比外侧焊趾处裂纹扩展更快,裂纹类型均为以Ⅰ型主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合裂纹;U肋腹板焊趾处裂纹是以Ⅰ型为主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合裂纹,横隔板焊趾处的疲劳裂纹是以Ⅰ型为主导的Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹;横隔板弧形开孔处属于Ⅰ型开裂. 展开更多
关键词 正交异性钢桥面板 扩展有限元法 疲劳裂纹 焊接残余应力 应变能释放率
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基于XFEM的寒潮作用下水闸开裂性状分析 被引量:4
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作者 吕杨 张社荣 +1 位作者 于茂 李宏璧 《水利水运工程学报》 CSCD 北大核心 2015年第3期95-100,共6页
水闸普遍存在着可见和不可见的裂缝,带裂缝工作是水闸的常态,当受到寒潮的影响时,已有的细微裂缝会连通、扩展,甚至贯穿整个闸墩,严重影响结构的安全性和耐久性。扩展有限元法(XFEM)通过富集非连续位移模式,使得非连续位移场的表征独立... 水闸普遍存在着可见和不可见的裂缝,带裂缝工作是水闸的常态,当受到寒潮的影响时,已有的细微裂缝会连通、扩展,甚至贯穿整个闸墩,严重影响结构的安全性和耐久性。扩展有限元法(XFEM)通过富集非连续位移模式,使得非连续位移场的表征独立于单元边界,可有效描述混凝土中的裂纹扩展。基于XFEM并结合热力耦合,研究了水闸在不同初始温度下,遭遇不同降温幅度及历时的寒潮作用时的渐进开裂破坏过程,并与某实际工程的开裂情况进行对比,数值模拟结果与现场情况基本吻合。研究结果表明,水闸遭遇寒潮时,靠近闸墩表面的温度与外界温度变化基本一致,靠近闸墩中心的温度变化较小,闸墩内外温差随着寒潮强度的增强而增大;闸墩混凝土的内表温差和约束是导致闸墩开裂的根本原因;裂缝分布在上下游墩头与底板相交的位置,随着寒潮强度的增强,裂缝与底板的夹角、长度及深度也随之增大,对水闸结构的不利影响也越大。因此,寒潮来临时应做好安全监测及混凝土防护工作,控制闸墩的温降以防止裂缝的开展。 展开更多
关键词 水闸 混凝土开裂 寒潮 扩展有限元法(xfem) 温降 耐久性
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