發(fā)布時(shí)間：2021-04-04 19:23

　　基于XFEM裂紋模型的擴(kuò)展有限元方法,對(duì)鋼橋面板的拉伸破壞進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。通過建立三維結(jié)構(gòu)有限元模型,對(duì)寬度不同的單邊裂紋在鋼板厚度方向上占比分別為a/B=0.25,0.5,0.75,1和深埋居中裂紋a/B=0.25,0.5以及深埋偏心的多種工況下鋼板的拉伸破壞進(jìn)行了模擬研究。結(jié)果表明,不同寬度的單邊裂紋和深埋居中裂紋對(duì)鋼板應(yīng)力分布影響較小,應(yīng)力最值呈現(xiàn)規(guī)律性變化,裂紋嘴位移隨著裂縫寬度的增加而增加;深埋偏心裂紋的應(yīng)力分布與其他工況相比差異明顯不同,在擴(kuò)展過程中,裂紋擴(kuò)展宏觀區(qū)域出現(xiàn)明顯褶皺,在實(shí)際工程應(yīng)用中可用作判斷裂紋的位置形態(tài)。 

【文章來源】：中國(guó)水運(yùn)(下半月). 2019,19(12)

【文章頁數(shù)】：3 頁

【部分圖文】：

模型尺寸2．材料模型荷載及邊界條件本案例通過指定位移的方式對(duì)鋼板部件兩端部施加大小

第12期劉建等：裂紋寬度及位置對(duì)鋼板影響的有限元分析91將擴(kuò)展一個(gè)單元。為了提高計(jì)算的準(zhǔn)確度避免單個(gè)時(shí)間增量步裂紋擴(kuò)展距離過大，對(duì)預(yù)裂紋擴(kuò)展方向區(qū)域進(jìn)行了網(wǎng)格細(xì)化。圖2構(gòu)件的網(wǎng)格模型4．?dāng)U展有限元建模材料的初始損傷判據(jù)為最大主應(yīng)力失效準(zhǔn)則，本文采用基于能量的損傷演化類型，軟化方式設(shè)置為線性，其退化模式為極大值退化，混合模式采用冪次法則，法向斷裂能和兩個(gè)方向的切向斷裂能都設(shè)置為42,200N/m，并設(shè)置一個(gè)粘度系數(shù)為5e-5大小的值來控制損傷的穩(wěn)定性。裂紋擴(kuò)展問題屬強(qiáng)間斷、強(qiáng)非線性問題，迭代計(jì)算的收斂難度較一般問題更大，故設(shè)置靜態(tài)分析步，增大迭代計(jì)算中的許可步數(shù)和迭代次數(shù)，以提高求解過程中的收斂性，并將輸出頻率設(shè)置為每15個(gè)增量步輸出一次。三、模擬結(jié)果及討論為了便于觀察鋼板變形后的應(yīng)力分布和裂紋擴(kuò)展路徑及斷口形貌，將裂紋放大200倍，得到以下的應(yīng)力云圖。1．單邊裂紋擴(kuò)展應(yīng)力云圖①單邊裂紋a=0.005m②單邊裂紋a=0.01m③單邊裂紋a=0.015m④貫穿裂紋a=0.02m圖3單邊裂紋擴(kuò)展應(yīng)力云圖由上圖可知，在單邊裂紋①－④：a/B=0.25，0.5，0.75，1的四種工況下的裂紋擴(kuò)展最終形態(tài)，應(yīng)力分布云圖呈規(guī)律性變化，應(yīng)力分布區(qū)域相似；鋼板構(gòu)件裂紋嘴張開位移隨著裂紋寬度增加而增大，各狀態(tài)下最大應(yīng)力值相差不大，且均出現(xiàn)在相對(duì)的角點(diǎn)位置處，而最小應(yīng)力隨著裂紋寬度增加而減小，呈片狀分布在斜對(duì)稱角點(diǎn)區(qū)域。2．深埋裂紋應(yīng)力云圖①居中裂紋a=0.005m②居中裂紋a=0.01m③偏心裂紋a=0.01m圖4深埋裂紋擴(kuò)展應(yīng)力云圖圖①和圖②相比，由于初始裂紋寬度不同，最終裂紋嘴張開位移②圖稍大，應(yīng)力云圖變化和應(yīng)力最值及應(yīng)力分布區(qū)域相接近；②圖和③圖相比，云圖與應(yīng)力集中部分發(fā)生了較

狹涯芏忌柚夢(mèng)?2,200N/m，并設(shè)置一個(gè)粘度系數(shù)為5e-5大小的值來控制損傷的穩(wěn)定性。裂紋擴(kuò)展問題屬強(qiáng)間斷、強(qiáng)非線性問題，迭代計(jì)算的收斂難度較一般問題更大，故設(shè)置靜態(tài)分析步，增大迭代計(jì)算中的許可步數(shù)和迭代次數(shù)，以提高求解過程中的收斂性，并將輸出頻率設(shè)置為每15個(gè)增量步輸出一次。三、模擬結(jié)果及討論為了便于觀察鋼板變形后的應(yīng)力分布和裂紋擴(kuò)展路徑及斷口形貌，將裂紋放大200倍，得到以下的應(yīng)力云圖。1．單邊裂紋擴(kuò)展應(yīng)力云圖①單邊裂紋a=0.005m②單邊裂紋a=0.01m③單邊裂紋a=0.015m④貫穿裂紋a=0.02m圖3單邊裂紋擴(kuò)展應(yīng)力云圖由上圖可知，在單邊裂紋①－④：a/B=0.25，0.5，0.75，1的四種工況下的裂紋擴(kuò)展最終形態(tài)，應(yīng)力分布云圖呈規(guī)律性變化，應(yīng)力分布區(qū)域相似；鋼板構(gòu)件裂紋嘴張開位移隨著裂紋寬度增加而增大，各狀態(tài)下最大應(yīng)力值相差不大，且均出現(xiàn)在相對(duì)的角點(diǎn)位置處，而最小應(yīng)力隨著裂紋寬度增加而減小，呈片狀分布在斜對(duì)稱角點(diǎn)區(qū)域。2．深埋裂紋應(yīng)力云圖①居中裂紋a=0.005m②居中裂紋a=0.01m③偏心裂紋a=0.01m圖4深埋裂紋擴(kuò)展應(yīng)力云圖圖①和圖②相比，由于初始裂紋寬度不同，最終裂紋嘴張開位移②圖稍大，應(yīng)力云圖變化和應(yīng)力最值及應(yīng)力分布區(qū)域相接近；②圖和③圖相比，云圖與應(yīng)力集中部分發(fā)生了較大的變化，③圖最終狀態(tài)下鋼板構(gòu)件裂紋嘴未完全張開，最大應(yīng)力值出現(xiàn)在裂紋未完全斷裂處。相對(duì)于其他工況下，裂紋寬度相等偏心裂紋在厚度方面出現(xiàn)了褶皺，如下圖5所示，這可以作為判斷偏心裂紋的一個(gè)宏觀表征。圖5單邊與偏心裂紋斷口比較四、結(jié)論在本文條件下，可得出以下結(jié)論：（1）對(duì)于不同寬度的單邊與深埋居中裂紋，其最終擴(kuò)展后的應(yīng)力云圖分布區(qū)域差異很小，且最大應(yīng)力相近最小應(yīng)力值隨裂紋

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋼結(jié)構(gòu)疲勞裂紋合理止裂孔形狀研究[J]. 袁周致遠(yuǎn),吉伯海,傅中秋.  南京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(05)
[2]鋼橋面板豎向加勁肋圍焊端部止裂技術(shù)有限元分析[J]. 王益遜,孟彥菲,傅中秋,吉伯海.  安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(03)
[3]基于擴(kuò)展有限元法的彈塑性裂紋擴(kuò)展研究[J]. 楊志鋒,周昌玉,代巧.  南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014(04)



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