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断裂力学分析的奇异有限元法研究综述 被引量:8
1
作者 段静波 李道奎 雷勇军 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2012年第2期262-269,共8页
奇异有限元法是一种适用于大型复杂结构断裂分析的有效数值方法。从单元构造方式角度综述奇异有限元法的研究进展和应用情况,分析和总结位移型奇异单元、移动边中节点构造的奇异单元、应力型奇异单元等几种主要类型奇异裂纹单元的特点,... 奇异有限元法是一种适用于大型复杂结构断裂分析的有效数值方法。从单元构造方式角度综述奇异有限元法的研究进展和应用情况,分析和总结位移型奇异单元、移动边中节点构造的奇异单元、应力型奇异单元等几种主要类型奇异裂纹单元的特点,并评价它们在工程应用方面的优劣,提出奇异有限元法未来发展可深入研究的方向以及其广阔的工程应用前景。 展开更多
关键词 断裂力学 有限元方法 奇异 裂纹单元
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裂纹宽度对岩石断裂韧性测试结果的影响 被引量:6
2
作者 张广清 陈勉 杨小远 《石油大学学报(自然科学版)》 EI CSCD 北大核心 2002年第6期42-45,共4页
深部地层岩石的断裂韧性是水力压裂设计和数值模拟中的一个重要参数。通过试验分析和有限元数值计算 ,研究了试件的裂缝宽度对应力强度因子的影响 ,给出了确定无因次应力强度因子与裂尖半径关系的数值方法 ,弥补了解析方法中裂缝零宽度... 深部地层岩石的断裂韧性是水力压裂设计和数值模拟中的一个重要参数。通过试验分析和有限元数值计算 ,研究了试件的裂缝宽度对应力强度因子的影响 ,给出了确定无因次应力强度因子与裂尖半径关系的数值方法 ,弥补了解析方法中裂缝零宽度假设的不足。研究结果表明 ,当裂缝宽度较小时 ,解析方法可以用于计算断裂韧性 ;当裂缝宽度较大时 ,采用解析方法计算出的断裂韧性偏差较大。试验测定时 ,应使裂尖半径尽可能小 ,并且破裂压力应该与裂尖半径相对应。 展开更多
关键词 裂纹宽度 岩石 断裂韧性 测试 影响 二次采油 水力压裂 奇异单元 试验验证
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路面结构裂缝应力强度因子数值计算 被引量:5
3
作者 乐金朝 丁武洋 谢丽 《郑州大学学报(工学版)》 CAS 2002年第2期41-43,50,共4页
路面裂缝尖端应力强度因子是判断裂缝开裂扩展的重要指标 .应用奇异等参元及断裂力学理论 ,对 3种荷载简化模式下路面单裂缝问题进行了数值分析 .在裂缝尖端附近采用最小二乘法回归得到了相应的裂缝尖端应力强度因子 ,同时应用有限宽板... 路面裂缝尖端应力强度因子是判断裂缝开裂扩展的重要指标 .应用奇异等参元及断裂力学理论 ,对 3种荷载简化模式下路面单裂缝问题进行了数值分析 .在裂缝尖端附近采用最小二乘法回归得到了相应的裂缝尖端应力强度因子 ,同时应用有限宽板条模型进行了数值验算 .计算结果表明 ,裂缝长度与基层模量对裂缝尖端应力强度因子影响较大 ,凸形荷载作用下裂缝更易扩展 . 展开更多
关键词 路面结构 裂缝 数值计算 奇异等参元 断裂力学 应力强度因子
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各向异性两相材料尖劈奇性场的非协调元分析 被引量:6
4
作者 平学成 谢基龙 +1 位作者 陈梦成 李强 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第1期24-31,共8页
提出了一个基于位移的、分析柱状各向异性两相材料尖劈端部邻域的奇性位移场和应力场问题的非协调元特征分析法.该方法从柱状扇区的散度定理出发,将柱状扇区控制方程的弱式化为一个与虚功原理相同形式的方程,采用一种新的非协调元技... 提出了一个基于位移的、分析柱状各向异性两相材料尖劈端部邻域的奇性位移场和应力场问题的非协调元特征分析法.该方法从柱状扇区的散度定理出发,将柱状扇区控制方程的弱式化为一个与虚功原理相同形式的方程,采用一种新的非协调元技术把所导出的“虚功原理”转化为标准一阶特征方程的求解问题.非协调元法中,尖劈端部邻域的位移场假定没有采用奇异变换技术,有限元的单元形式是一维的.将柱状各向异性两相材料尖劈视为“广义平面应变”问题,位移场与坐标 z 无关,只关注界面端的幂奇异性而不考虑对数奇异性.运用该方法给出了柱状各向异性两相材料尖劈端部奇性应力指数、奇性位移角分布和应力角分布的算例.所有的计算结果表明,该方法使用的单元少而且精度较高. 展开更多
关键词 线弹性断裂 奇性应力指数 两相材料尖劈 非协调元法 广义平面应变
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非奇异应力对中央含V形切口试样断裂性能的影响 被引量:7
5
作者 葛仁余 牛忠荣 +1 位作者 程长征 胡宗军 《应用力学学报》 CSCD 北大核心 2014年第2期169-175,共7页
采用Williams渐近展开式表达V形切口尖端附近区域的位移场和应力场,将其代入弹性力学基本方程中,应力奇异性指数及其对应的位移和应力角函数由求解常微分方程组获得。由于在远离切口尖端的区域无应力奇异性,将切口尖端应力奇异性区域移... 采用Williams渐近展开式表达V形切口尖端附近区域的位移场和应力场,将其代入弹性力学基本方程中,应力奇异性指数及其对应的位移和应力角函数由求解常微分方程组获得。由于在远离切口尖端的区域无应力奇异性,将切口尖端应力奇异性区域移出后,应用边界元法分析无应力奇异性的剩余结构;将Williams渐近展开式与弹性力学边界积分方程结合,解出切口尖端附近应力奇异性区域的各应力场渐近展开项系数,从而获得切口尖端附近区域的完整应力场;基于此,研究了非奇异应力项对中央含V形切口试样的表观断裂韧度和临界荷载预测值的影响。结果表明:考虑非奇异应力项时,脆性断裂的表观断裂韧度和临界荷载的预测值要比忽略非奇异应力项时的预测值更接近实验值。 展开更多
关键词 V形切口 非奇异应力 脆性断裂 边界元法
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各向异性复合材料尖劈和接头的奇性应力指数研究 被引量:3
6
作者 平学成 陈梦成 谢基龙 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第3期27-32,共6页
提出了一个新的、基于位移的、求解三维尖劈端部奇性应力指数问题的非协调元特征分析法。该方法假定尖劈端部邻域内的位移场没有采用奇异变换技术 ,导出虚功方程的出发点不同于过去原有求解裂纹尖端近似场的有限元特征分析法 ,在有限元... 提出了一个新的、基于位移的、求解三维尖劈端部奇性应力指数问题的非协调元特征分析法。该方法假定尖劈端部邻域内的位移场没有采用奇异变换技术 ,导出虚功方程的出发点不同于过去原有求解裂纹尖端近似场的有限元特征分析法 ,在有限元离散时采用的单元形式为非协调元。文中运用该方法给出了若干求解各向异性复合材料尖劈 接头端部奇性应力指数的算例。所有的计算结果表明 ,本文方法能够求解复杂尖劈 接头的全部奇性应力指数 ,使用的单元少而且精度高。 展开更多
关键词 线弹性断裂 奇性应力指数 复合材料 非协调元有限元法
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基于SBFEM计算劈拉试件裂纹尖端高阶奇异参数 被引量:3
7
作者 刘钧玉 徐凤琳 宁宝宽 《沈阳工业大学学报》 EI CAS 北大核心 2014年第3期347-354,共8页
比例边界有限元法是一种具有半解析性质的数值计算方法,径向位移和应力具有解析的性质,不需要特殊处理裂纹尖端,可以根据定义直接计算应力强度因子以及高阶奇异参数.为此基于比例边界有限元法计算了两种不同荷载作用下三种不同尺寸劈拉... 比例边界有限元法是一种具有半解析性质的数值计算方法,径向位移和应力具有解析的性质,不需要特殊处理裂纹尖端,可以根据定义直接计算应力强度因子以及高阶奇异参数.为此基于比例边界有限元法计算了两种不同荷载作用下三种不同尺寸劈拉试件的奇异应力场,提取了T应力、高阶奇异参数以及应力强度因子.通过典型例题验证了SBFEM的有效性及其精度.数值计算结果表明,比例边界有限元法在计算应力强度因子、T应力和高阶奇异参数时是有效的,且具有较高的精度;联合子结构法(超单元)可以计算复杂形状问题的裂纹尖端奇异场.此外,T应力和高阶奇异参数可以作为进一步研究大体积混凝土材料和结构断裂性能的依据. 展开更多
关键词 应力强度因子 比例边界有限元法 T应力 高阶奇异参数 劈拉试件 裂纹尖端渐近场 应力奇异性 断裂力学
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钢筋混凝土梁裂纹扩展荷载的断裂力学研究 被引量:1
8
作者 赵晓华 宋启根 薛国亚 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 1991年第6期70-76,共7页
本文将线弹性断裂力学用于钢筋混凝土材料。对12根跨中带裂纹的钢筋混凝土梁试件进行了试验研究。结果表明,裂纹扩展荷载对裂纹长度是敏感的。文中采用了一种新的接触单元模拟钢筋和混凝土之间的滑移。用8结点等参元按断裂力学计算的数... 本文将线弹性断裂力学用于钢筋混凝土材料。对12根跨中带裂纹的钢筋混凝土梁试件进行了试验研究。结果表明,裂纹扩展荷载对裂纹长度是敏感的。文中采用了一种新的接触单元模拟钢筋和混凝土之间的滑移。用8结点等参元按断裂力学计算的数值结果与试验值符合很好,而按强度准则σ_(max)≤σ_e所确定的裂纹扩展荷载则远低于试验值。由此可以说明,线弹性断裂力学在文中的条件下是适合于钢筋混凝土材料的。文中还分析了不同因素对裂纹扩展荷载的影响。 展开更多
关键词 钢筋混凝土 裂纹 断裂力学
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分域边界元法双映射奇异元计算应力强度因子 被引量:2
9
作者 欧贵宝 陈建兵 赵东杨 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期736-738,共3页
边界单元法是一种很有效的数值计算方法,目前在很多工程领域的数值分析中都有了广泛的应用,并取得了很好的效果.用它来求解裂纹尖端的应力强度因子就是这种方法在断裂力学中非常成功而有效的应用.文中简单介绍线性单元的分域边界单元法... 边界单元法是一种很有效的数值计算方法,目前在很多工程领域的数值分析中都有了广泛的应用,并取得了很好的效果.用它来求解裂纹尖端的应力强度因子就是这种方法在断裂力学中非常成功而有效的应用.文中简单介绍线性单元的分域边界单元法的相关公式,并引入双映射奇异单元,分析了带单边斜裂纹的单向拉伸板的应力强度因子.计算的结果与其他解比较表明:这种方法效果很好,有较高的计算精度. 展开更多
关键词 边界单元法 分域 双映射奇异单元 应力强度因子
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二维裂纹稳态扩展的自适应有限元模拟 被引量:1
10
作者 郭素娟 康国政 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2011年第3期450-454,共5页
利用Ansys参数化设计语言APDL,实现二维裂纹稳态扩展的自适应有限元模拟,并以标准CT(compact ten-sion)试样为例,模拟不同载荷、不同裂纹扩展增量控制因子γ下试样的裂纹扩展,同时,将模拟结果与相应的理论和实验结果进行比较。结果表明... 利用Ansys参数化设计语言APDL,实现二维裂纹稳态扩展的自适应有限元模拟,并以标准CT(compact ten-sion)试样为例,模拟不同载荷、不同裂纹扩展增量控制因子γ下试样的裂纹扩展,同时,将模拟结果与相应的理论和实验结果进行比较。结果表明,文中的自适应网格算法可以合理地描述二维裂纹稳态扩展问题,通过选取合理的γ,能提高对构件寿命预测的准确度;研究结果为进一步结合材料损伤对结构进行安全寿命评估奠定基础。 展开更多
关键词 断裂 裂纹扩展 网格重划分 奇异性 有限元
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适合于带裂纹柱体扭转的裂纹尖端奇异元素 被引量:1
11
作者 范秀昌 吴月明 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 1997年第2期105-109,共5页
给出一个适合于带纵向裂纹柱体圣维南扭转的等参数元素,即在裂纹尖端具有r-1/2奇异性的“1/4”八结点等参数元素。利用这个尖端元素,配合以本文作者在参考文献[2]中引入的八结点等参数元素,对含有径向纵裂纹的圆柱体进行... 给出一个适合于带纵向裂纹柱体圣维南扭转的等参数元素,即在裂纹尖端具有r-1/2奇异性的“1/4”八结点等参数元素。利用这个尖端元素,配合以本文作者在参考文献[2]中引入的八结点等参数元素,对含有径向纵裂纹的圆柱体进行了扭转计算。 展开更多
关键词 奇异有限元 圣维南扭转 断裂力学 柱体
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三维裂纹体的断裂分析 被引量:1
12
作者 陈浩然 贺勇 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1989年第4期423-430,共8页
采用等参奇性边界单元法求解了三维裂纹体的复合型应力强度因子,并采用Forman模型,模拟了三维裂纹体疲劳断裂过程,预估了在等幅和变幅载荷作用下的三维裂纹体的疲劳寿命。文中给出了两个数值算例,其计算值与试验结果比较表明... 采用等参奇性边界单元法求解了三维裂纹体的复合型应力强度因子,并采用Forman模型,模拟了三维裂纹体疲劳断裂过程,预估了在等幅和变幅载荷作用下的三维裂纹体的疲劳寿命。文中给出了两个数值算例,其计算值与试验结果比较表明,提出的方法与程序可满足工程分析要求。 展开更多
关键词 裂纹体 疲劳断裂 边界元法
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等参奇异裂纹单元的研究 被引量:1
13
作者 张建民 秦荣 《广西科学》 CAS 2000年第4期257-259,共3页
探讨一维、二维直至多维奇异性等参单元完备性及可行性 ,并构造一组新型的高精度的含奇异性的等参裂纹单元 ,同时编制了程序对一典型算例进行分析 .
关键词 有限元法 等参奇异裂纹单元 基函数 应力强度因子
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夹杂尖端奇异性场的新型杂交元分析
14
作者 平学成 谢基龙 +1 位作者 陈梦成 李强 《北京交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期5-9,共5页
提出了一种夹杂尖端邻域杂交元模型,与全域杂交应力元结合,求解夹杂尖端的奇性应力场的数值解.利用高次内插有限元法求解特征问题,得到反映夹杂尖端场奇异性状况的特征值和特征角分布函数;利用Hellinger-Reissner变分原理以及特征问题的... 提出了一种夹杂尖端邻域杂交元模型,与全域杂交应力元结合,求解夹杂尖端的奇性应力场的数值解.利用高次内插有限元法求解特征问题,得到反映夹杂尖端场奇异性状况的特征值和特征角分布函数;利用Hellinger-Reissner变分原理以及特征问题的解,推导夹杂尖端邻域的单元矩阵.模型只考虑夹杂尖端邻域的边界,避免了在夹杂尖端划分高密度网格.采用正方形夹杂作为算例,数值结果显示了良好的精确性. 展开更多
关键词 断裂力学 杂交元 夹杂 高次内插有限元法 奇异性
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多参量断裂力学广义杂交/混合裂纹有限元法
15
作者 张武 林胜良 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第1期62-67,共6页
通过研究广为人知的断裂力学单变量八节点位移裂纹QPE元和Akin族奇异单元法 ,本文运用经典局部裂纹解析解 ,与非协调假设应力杂交 混合元列式方法相结合 ,提出用于分层各向异性材料的多变量半解析假设应力奇异广义杂交 /混合裂纹有限元... 通过研究广为人知的断裂力学单变量八节点位移裂纹QPE元和Akin族奇异单元法 ,本文运用经典局部裂纹解析解 ,与非协调假设应力杂交 混合元列式方法相结合 ,提出用于分层各向异性材料的多变量半解析假设应力奇异广义杂交 /混合裂纹有限元法 ,能克服现有位移裂纹元法的域应力分布精度低和高次单元所需计算容量大的局限性 ,互为补充 ,更有利于结构裂纹扩展分析和应用研究。文中设计了一个半解析奇异裂纹平面单元 ,各向同性材料板算例验证了退化二次八节点协调位移裂纹元及六节点非协调奇异应力裂纹元 ,说明采用稀疏及加密单元网格 ,两类裂纹单元分别从上下逼近收敛于实验和理论参考解 ,可得到吻合程度较好的 1/r奇异应变和应力分量以及应力强度因子值 。 展开更多
关键词 线弹性断裂力学 混合裂纹模式 各向异性材料 应力强度因子 八节点协调裂纹元 工程力学 不协调奇异杂交-混合裂纹有限元
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一组适合于带纵向裂纹柱体圣维南扭转的等参数元素 被引量:2
16
作者 范秀昌 吴月明 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 1996年第8期749-757,共9页
本文给出一组新的适合于带纵向裂纹柱体圣维南扭转的等参数元素,它们分别是八结点等参数元素、在裂纹尖端具有r-1/2奇异性的“1/4”八结点等参数元素及八结点过渡元素.利用这些元素,对含有径向纵裂纹的圆柱体进行了圣维南扭... 本文给出一组新的适合于带纵向裂纹柱体圣维南扭转的等参数元素,它们分别是八结点等参数元素、在裂纹尖端具有r-1/2奇异性的“1/4”八结点等参数元素及八结点过渡元素.利用这些元素,对含有径向纵裂纹的圆柱体进行了圣维南扭转计算.计算结果表明,本文给出的等参数元素有较高的精度、较好的收敛性及快的收敛速度,同时还具有程序简单、省机时等优点,所以特别适合于实际的工程计算. 展开更多
关键词 圣维南扭转 柱体 纵向裂纹 扭转 等参数元素
全文增补中
奇异项上叠加矩形有限元解计算应力强度因子
17
作者 吴承平 张录坤 《重庆交通学院学报》 1990年第2期68-74,共7页
本文用奇异项上叠加矩形有限元解的方法求解了二维中心Ⅰ型裂纹体的应力强度因子K_1.文中利用了奇异解的一般分析结果,同时充分利用有限元法进行数值计算的优点,为能反映单元内应力的变化,采用了矩形单元,求得了应力强度因子K_1的显式... 本文用奇异项上叠加矩形有限元解的方法求解了二维中心Ⅰ型裂纹体的应力强度因子K_1.文中利用了奇异解的一般分析结果,同时充分利用有限元法进行数值计算的优点,为能反映单元内应力的变化,采用了矩形单元,求得了应力强度因子K_1的显式表示。 展开更多
关键词 应力强度因子 断裂力学 有限元法
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一种新的准谐调有限元列式方法及在断裂力学中的应用 被引量:15
18
作者 王志超 张理苏 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1990年第4期457-462,共6页
本文根据奇异场具有的局部性质,改进了等参元的位移模式,提出了一种新的准谐调元列式方法,可用于解决工程中各种奇异分布问题,尤其是脆性断裂问题,构造了奇异准谐调元sQCE,从各特种角度分析了单元特性,并对多种算例进行了计算,比较。
关键词 准谐调元 奇异单元 断裂
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基于3D-VCCT的多裂纹输气管道断裂分析方法 被引量:7
19
作者 姚安林 赫文博 +2 位作者 徐涛龙 蒋宏业 谷东方 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期85-93,共9页
现行的国家标准因不能准确反映含缺陷输气管道多裂纹干涉效应,从而使得评定结果偏于保守。为了提高含缺陷输气管道安全评估的准确性,在对比奇异单元法和三维虚拟裂纹闭合技术(Three-Dimensional Virtual Crack Closure Technology,3D-VC... 现行的国家标准因不能准确反映含缺陷输气管道多裂纹干涉效应,从而使得评定结果偏于保守。为了提高含缺陷输气管道安全评估的准确性,在对比奇异单元法和三维虚拟裂纹闭合技术(Three-Dimensional Virtual Crack Closure Technology,3D-VCCT)的基础上,优选3D-VCCT建立输气管道多裂纹干涉模型,并通过分析裂纹相互干涉作用因子的变化,研究了附属裂纹对主裂纹前缘各点的干涉影响。研究结果表明:①随附属裂纹尺寸的变化,平行共线裂纹的最强干涉效应发生在裂纹近表面点并表现为增强效应;②一定条件下,平行共轴裂纹的干涉效应在裂纹最深点和表面点较为显著,并且最深点表现为增强效应,而表面点则表现为减弱效应;③当裂纹间的水平间距大于主裂纹长半轴的6倍时,平行共线裂纹与平行偏置裂纹的干涉效应微乎其微,可将多裂纹简化为单裂纹进行分析。结论认为,该研究成果不仅可以为多裂纹输气管道的断裂分析提供技术参考,而且还可以为输气管道多裂纹的安全评定提供理论依据。 展开更多
关键词 输气管道 管道断裂 多裂纹 主裂纹 附属裂纹 干涉效应 应力强度因子 奇异单元法 3D-VCCT
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