基于擴(kuò)展有限單元法（XFEM）,采用有限元軟件ABAQUS研究了含斜裂紋矩形板的動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展過程,并討論了裂紋初始角度、裂紋長(zhǎng)度和沖擊載荷形式等影響參數(shù)對(duì)裂紋擴(kuò)展路徑的影響.數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,拉伸沖擊載荷下平板斜裂紋基本是按Ⅰ型裂紋形式沿直線擴(kuò)展,改變裂紋初始角度、裂紋長(zhǎng)度和沖擊載荷形式不會(huì)對(duì)裂紋擴(kuò)展路徑產(chǎn)生顯著影響,但是對(duì)裂紋擴(kuò)展速度會(huì)有明顯影響. 

【文章來源】：武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版). 2019,43(02)

【文章頁(yè)數(shù)】：4 頁(yè)

【部分圖文】：

圖１二維裂紋中節(jié)點(diǎn)擴(kuò)充方案

的最大主應(yīng)力斷裂準(zhǔn)則（ｍａｘｐｓｄａｍａｇｅ），并且采取自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)求解，最大時(shí)間步長(zhǎng)取為０．５μｓ．由于裂紋擴(kuò)展問題屬于強(qiáng)間斷、強(qiáng)非線性問題，為了提高求解過程的收斂性，取黏性系數(shù)為５×１０－５，并且增大迭代計(jì)算中允許的嘗試步數(shù)和每步允許的迭代次數(shù)．此外，在模型輸出定義中需要選定裂紋面水平集函數(shù)（ＰＨＩＬＳＭ）及裂紋擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)參量（ＳＴＡＴＵＳＸＦＥＭ），以在后處理中可以顯示裂紋位置和擴(kuò)展情況．圖３有限元網(wǎng)格模型圖圖４給出了平板內(nèi)斜裂紋的擴(kuò)展過程，圖中的應(yīng)力云圖為ＶｏｎＭｉｓｅｓ應(yīng)力．由圖４可見，當(dāng)矩形板頂端受沖擊載荷作用后，應(yīng)力波從頂端逐漸向下端傳播，當(dāng)時(shí)間ｔ＝１４．２４７μｓ時(shí)，裂紋開始擴(kuò)展，起初裂紋擴(kuò)展較慢，幾個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)裂紋才能向前擴(kuò)展一個(gè)單元，長(zhǎng)度約為１ｍｍ；當(dāng)時(shí)間ｔ＝３２．７７０μｓ時(shí)，應(yīng)力波到達(dá)底端并發(fā)生反射，此后，在應(yīng)力波與反射波的共同作用下，裂紋擴(kuò)展速度明顯加快；當(dāng)時(shí)間ｔ＝４９．０５６μｓ時(shí)，裂紋橫向貫穿整個(gè)矩形板．圖４平板內(nèi)斜裂紋的擴(kuò)展過程圖第２期彭英，等：基于ＸＦＥＭ的平板斜裂紋動(dòng)態(tài)擴(kuò)展數(shù)值模擬·３２２·

３不同影響參數(shù)下的裂紋擴(kuò)展路徑對(duì)比３．１裂紋初始角度的影響針對(duì)圖２中的計(jì)算模型，分別取裂紋傾角θ＝１５°，４５°，７５°，其他參數(shù)保持不變，采用ＸＦＥＭ計(jì)算不同初始角度下的裂紋擴(kuò)展路徑，裂紋擴(kuò)展過程中的單元狀態(tài)見圖５．由圖５可知，裂紋擴(kuò)展過程中，路徑會(huì)發(fā)生微小波動(dòng)，但基本是按Ⅰ型裂紋形式沿直線擴(kuò)展，說明裂紋的初始角度影響不大，不能決定裂紋的擴(kuò)展路徑．表１為不同初始角度下，裂紋開始擴(kuò)展的時(shí)間（ｔ１）、橫向貫穿矩形板的時(shí)間（ｔ２）和貫穿矩形板的時(shí)間間隔（Δｔ）．由表１可知，裂紋初始角度越小，裂紋尖端距離矩形板頂部加載端越遠(yuǎn)，裂紋開始擴(kuò)展的時(shí)間越晚，但是裂紋橫向貫穿的時(shí)間反而越短，這是由于裂紋傾角越小，越接近于Ⅰ型裂紋，在拉伸載荷作用下，裂紋尖端應(yīng)力集中越大，更加利于裂紋擴(kuò)展．圖５不同初始角度下裂紋擴(kuò)展過程中的單元狀態(tài)表１不同初始角度下裂紋開始擴(kuò)展和貫穿的時(shí)間裂紋傾角θ／（°）ｔ１／μｓｔ２／μｓΔｔ／μｓ１５１５．２２１４７．４１４３２．１９３４５１４．２４７４９．０５６３４．８０９７５１３．７６６４８．７４３３４．９７７３．２裂紋長(zhǎng)度的影響分別取裂紋長(zhǎng)度ａ＝２０，１５，１０ｍｍ，采用ＸＦＥＭ計(jì)算各裂紋長(zhǎng)度下的裂紋擴(kuò)展路徑，裂紋擴(kuò)展過程中的單元狀態(tài)見圖６．由圖６可知，隨著裂紋長(zhǎng)度變短，裂紋擴(kuò)展路徑的波動(dòng)性減小，但是仍然基本按Ⅰ型裂紋形式沿直線擴(kuò)展，說明改變裂紋長(zhǎng)度不會(huì)使裂紋的擴(kuò)展路徑發(fā)生顯著變


本文編號(hào)：3280738