裂紋擴(kuò)展在薄壁管道中十分常見,在外部荷載的作用下,薄壁管道的裂紋擴(kuò)展往往涉及到大變形大變位等非線性以及不連續(xù)行為。傳統(tǒng)有限元在處理這類復(fù)雜問題時(shí)往往需要做一些特殊的處理,而且常常伴隨網(wǎng)格的不斷劃分,給問題的分析帶來許多不便。本文將基于向量式有限元理論的薄殼單元來模擬薄壁管道裂紋擴(kuò)展過程。先后通過理論推導(dǎo)、程序開發(fā)和數(shù)值模擬來實(shí)現(xiàn)薄壁管道的裂紋擴(kuò)展模擬分析。主要研究工作包括:（1）為了實(shí)現(xiàn)由淺入深的研究,首先推導(dǎo)了基于向量式有限元的一維單元斷裂模型,詳細(xì)描述了其斷裂的過程,并用算例加以驗(yàn)證。最后基于此單元編寫MALAB程序模擬了下承式系桿拱橋發(fā)生吊桿斷裂后的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)。（2）基于向量式有限元法,分別推導(dǎo)了三角形CST膜單元與三角形DKT板單元,并將其疊加形成三角形薄殼單元。同時(shí)對(duì)所編寫的薄殼單元做了變形能力以及大變位能力的驗(yàn)證。（3）將基于能量斷裂準(zhǔn)則的虛擬裂紋閉合法引入基于向量式有限元的薄殼單元裂紋擴(kuò)展模擬。并結(jié)合向量式有限元的特點(diǎn),給出具體的實(shí)現(xiàn)方法。最后利用平板的單邊裂紋擴(kuò)展模擬驗(yàn)證了此方法在計(jì)算能量釋放率上的準(zhǔn)確性。（4）基于向量式有限元的薄殼單元與虛擬裂紋閉合法,首先研究了由... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：86 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１空間質(zhì)點(diǎn)與單元??

．Ｖ?ｙ???圖２．１空間質(zhì)點(diǎn)與單元??的基礎(chǔ)是一個(gè)描述的概念，工程力學(xué)假設(shè)固體是一［３（）］。點(diǎn)的位置，以及其他參數(shù)、用一組連續(xù)函數(shù)來。而向量式有限元的基礎(chǔ)是點(diǎn)值描述，用一組有限的點(diǎn)值（ｐｏｉｎｔ?ｖａｌｕｅ）來描述連續(xù)構(gòu)件體的參數(shù)�？諉栴}的性質(zhì)和精準(zhǔn)度的需求來確定。點(diǎn)之間的參數(shù)ｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ）來計(jì)算。??所示，將結(jié)構(gòu)離散為一組空間點(diǎn)，它是位置、質(zhì)量體，？空間點(diǎn)之間的相互作用關(guān)系用三角形單元表

且空間點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過程依據(jù)一個(gè)可以標(biāo)準(zhǔn)化的控制方程，即運(yùn)動(dòng)定律，則稱這一個(gè)??大的時(shí)間段為一個(gè)途徑單元（ｐａｔｈ?ｅｌｅｍｅｎｔ）。??如圖２．２所示，每一個(gè)空間點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡在時(shí)間上都是逐漸累加的，每次都??是累加一個(gè)途徑單元的長(zhǎng)度，當(dāng)然一個(gè)途徑單元可以由多個(gè)小的時(shí)間段組成，這??些小的時(shí)間段的長(zhǎng)度稱為步長(zhǎng)。依據(jù)具體的問題，一個(gè)途徑單元也可以只包含一??個(gè)步長(zhǎng)。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在一個(gè)途徑單元ｔａ？ｔ？ｔｂ內(nèi)有以下性質(zhì)：１．結(jié)構(gòu)的組合及??構(gòu)件的幾何與材料性質(zhì)都不改變；２．構(gòu)件滿足小變形假設(shè)。從而將許多幾何非線??性問題筒化為大變位小變形問題。對(duì)于像斷裂這種不連續(xù)問題，也只發(fā)生在兩個(gè)??相鄰?fù)緩絾卧钠鹗蓟蚪K止時(shí)刻，途徑單元內(nèi)依然是連續(xù)的運(yùn)動(dòng)行為。??每一個(gè)途徑單元內(nèi)可以包含多個(gè)步長(zhǎng)，步長(zhǎng)的大小影響收斂速度。本文中不??做討論。??＝：斑Ｇ??ｔｏ?ｔｎ??圖２．３質(zhì)點(diǎn)在空間的運(yùn)動(dòng)軌跡??如圖２．３所示，由￣￣￣可以是一個(gè)途徑單元，在這個(gè)途徑單元內(nèi)有ｎ個(gè)步??長(zhǎng)。??７??

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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[4]基于有限質(zhì)點(diǎn)法的空間鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌破壞研究[D]. 喻瑩.浙江大學(xué) 2010
[5]埋地管道的失效機(jī)理及其可靠性研究[D]. 邵煜.浙江大學(xué) 2008

碩士論文
[1]基于向量式有限元法平面裂紋擴(kuò)展研究[D]. 谷立芹.浙江大學(xué) 2017
[2]向量式有限元在索膜結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用[D]. 彭濤.浙江大學(xué) 2012
[3]邊界元法在結(jié)構(gòu)斷裂分析中的應(yīng)用[D]. 孟瑋.廣西大學(xué) 2005



本文編號(hào)：3030676