裂纹梁断裂分析的广义参数宏单元

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梁是工程结构的骨架组成部分,通常是带裂纹缺陷服役的,在长期荷载作用下,可能发生裂纹扩展而导致结构断裂破坏,因此有必要对其进行断裂行为分析。应力强度因子是梁断裂分析的重要内容,而传统计算模型在确定应力强度因子时存在以下不足:一维梁(杆)单元离散模型不能模拟裂尖奇异场;二维(三维)实体单元离散模型总体离散自由度过大,难以在大型结构分析中应用。鉴于此,本文建立了裂纹梁断裂分析的广义参数宏单元,该单元能够实现梁单元与平面单元的搭接,仅在裂纹局部区域进行二维离散,结构整体依旧采用一维梁单元离散,从而在降低离散自由度的同时精确模拟裂尖奇异场。论文主要研究工作如下:1、对比分析了一维梁模型和二维平面模型的响应量,建立了欧拉梁单元和平面单元的刚度方程相互转换格式,证明了梁模型与平面模型在有限元格式中互换的可行性。2、基于欧拉梁理论,结合广义参数Williams单元,提出并建立了裂纹梁断裂分析的广义参数宏单元,实现了梁单元与平面单元的搭接。利用FORTRAN95编制计算程序,分析了梁中Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹的应力强度因子。3、分析了裂纹梁中性轴的变化规律和欧拉梁假定的适用性,给出了广义参数宏单元理论尺寸的建议值,同时建立了SIF结果修正的尺寸效应函数,提高了计算精度。
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