本文關鍵詞：任意裂紋面荷載作用下的界面斷裂分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：裂紋面上作用的荷載對裂紋的穩(wěn)定性有至關重要的影響,在實際工程中,一些水工結構物由于地震等原因會出現不同程度的裂紋,裂紋會影響結構的應力狀態(tài),裂紋尖端應力集中,當裂紋中出現水荷載時,對裂紋進一步的擴展有促進作用,從而劣化結構的穩(wěn)定性。對于界面裂紋問題,具有復數形式的應力奇異性指數,在裂紋面作用荷載時其奇異應力場更為復雜,從而對數值方法和數值模型提出了新的挑戰(zhàn)。比例邊界有限元方法是一種集合了有限元和邊界元優(yōu)點的數值方法,在求解斷裂問題方面有其獨特的優(yōu)勢,相似中心選在裂尖,不需要在裂尖附近進行網格的加密,也不需要特殊的奇異單元,只需離散邊界,使二維問題降為一維問題。同時該方法避免了基本解求解的復雜性和奇異積分,可以方便的求解各向異性材料。也可以用于分析平面內雙材料界面裂紋尖端的應力場,直接計算出應力奇異性指數、應力強度因子、T應力、高階奇異應力參數。通過該方法,應力方程可以解析表達。本文基于比例邊界有限元方法提出了裂紋面作用有任意方向、任意大小面荷載的界面應力強度因子和高階奇異參數的求解模型。應用本模型,徑向的位移和應力可解析求解,無需網格細分即可自動反映裂尖的應力奇異性。裂紋面上的任意荷載首先可分解成平行于裂紋面以及垂直于裂紋面的分量,并進一步分解成有限項冪函數的和。對每個冪函數荷載解析求解,基于線性疊加原理獲得結構在全部荷載作用下的解。通過經典的雙材料板算例驗證了該模型的收斂性和精度。分析了不同彈模比,不同荷載形式下的界面斷裂應力強度因子及高階奇異參數。提出模型適用于各向同性和各向異性材料。通過經典雙材料板對模型就行驗證,并對板的幾何尺寸和雙材料參數進行了敏感性分析,通過與文獻對比驗證了模型的有效性和簡潔性。在以上研究的基礎上,將本文的求解模型應用到工程實際重力壩的分析中,對建立在巖石地基上的混凝土壩進行了靜態(tài)斷裂分析,計算了壩體和壩基交界面處裂紋尖端應力強度因子和高階應力奇異參數,并分析了壩體和地基不同彈模比、裂紋內承受不同水荷載情況下應力場的變化規(guī)律,發(fā)現縫內水壓分布形式對Ⅰ型應力強度因子影響較大,隨著壩體和地基模量比的增大,Ⅰ型應力強度因子明顯減小,Ⅱ型應力強度因子有所降低,裂尖的剪切分量比重增大,復合斷裂狀態(tài)加劇。高階奇異參數的求解對研究實際結構的裂紋尖端塑性區(qū)和尺寸效應有重要的意義。
【關鍵詞】：比例邊界有限元 界面斷裂 任意裂紋面荷載 應力強度因子 高階奇異參數 T應力
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TV313
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-24
• 1.1 選題的背景和意義9-10
• 1.2 斷裂力學基本理論與應力奇異性10-14
• 1.2.1 斷裂模式10-11
• 1.2.2 裂紋尖端應力場與位移場11-14
• 1.2.3 應力強度因子14
• 1.3 界面斷裂理論14-19
• 1.3.1 界面斷裂研究現狀14-15
• 1.3.2 界面裂紋的Dundurs參數15-16
• 1.3.3 界面裂紋的應力奇異性16-17
• 1.3.4 表面條件對界面裂紋奇異應力場的影響17-19
• 1.4 斷裂問題應力奇異性數值計算方法19-22
• 1.4.1 應力強度因子數值計算方法研究歷史與現狀19-21
• 1.4.2 裂紋面荷載作用下的斷裂分析研究現狀21-22
• 1.5 本文的研究工作22-24
• 2. 比例邊界有限元方法基本原理24-34
• 2.1 SBFEM研究進展概述24-25
• 2.2 SBFEM基本理論25-31
• 2.2.1 SBFEM基本概念25-26
• 2.2.2 SBFEM的比例坐標變換26-29
• 2.2.3 徑向的節(jié)點位移和應力方程29-30
• 2.2.4 SBFEM控制方程建立30-31
• 2.3 矩陣方程法求解SBFEM控制方程31-33
• 2.4 SBFEM的基本特點概述33-34
• 2.4.1 SBFEM的優(yōu)勢33
• 2.4.2 SBFEM的缺點33-34
• 3 任意裂紋面荷載作用下板的應力強度因子計算34-48
• 3.1 裂紋面荷載作用比例邊界有限元控制方程的建立與求解34-36
• 3.2 基于比例邊界有限元方法的應力強度因子的求解36-39
• 3.2.1 通用應力強度因子定義36-37
• 3.2.2 各向同性雙材料板應力強度因子37-38
• 3.2.3 各向異性雙材料板應力強度因子38-39
• 3.3 數值算例39-47
• 3.3.1 各向同性單邊裂紋單材料板承受法向裂紋面荷載39-41
• 3.3.2 各向同性單邊裂紋雙材料板承受法向裂紋面荷載41-42
• 3.3.3 正交各向異性單邊裂紋雙材料板承受法向裂紋面荷載42-44
• 3.3.4 正交各向異性單邊裂紋雙材料板承受切向和法向面荷載44-47
• 3.4 小結47-48
• 4 任意裂紋面荷載作用下高階奇異參數計算48-58
• 4.1 引言48
• 4.2 裂紋尖端應力場48-51
• 4.3 數值算例51-57
• 4.3.1 均勻端部荷載作用下單邊裂紋板高階奇異參數計算51-53
• 4.3.2 法向裂紋面荷載作用下單邊裂紋板高階奇異參數的計算53-55
• 4.3.3 單邊裂紋雙材料板承受任意裂紋面荷載高階奇異參數計算55-57
• 4.4 小結57-58
• 5 工程應用58-65
• 5.1 引言58-59
• 5.2 工程實例59-64
• 5.2.1 重力壩算例59-62
• 5.2.2 重力壩的高階奇異參數計算62-64
• 5.3 小結64-65
• 6 結論與展望65-67
• 6.1 本文的主要結論65
• 6.2 本文工作的展望65-67
• 參考文獻67-72
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況72-73
• 致謝73-74

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前1條

1 趙艷華;陳晉;張華;;T應力對Ⅰ-Ⅱ復合型裂紋擴展的影響[J];工程力學;2010年04期

中國博士學位論文全文數據庫 前1條

1 劉鈞玉;裂紋內水壓對重力壩斷裂特性影響的研究[D];大連理工大學;2008年

  本文關鍵詞：任意裂紋面荷載作用下的界面斷裂分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：501601