基于无网格流形MSIM方法的虚拟裂纹闭合法

摘要

基于最新发展的无网格流形MSIM方法,采用虚拟裂纹闭合法来进行裂纹尖端应力强度因子计算和裂纹扩展过程的模拟分析.MSIM方法利用单位分解法和有限覆盖技术来构造插值函数,插值函数的建立不受域内不连续面影响,从而克服了传统的无网格方法在处理不连续问题时所遇到困难的一种新的无网格方法;MSIM方法的插值函数具有高阶完备性、一致性,且可以在需要的节点处具备delta属性,能够方便准确地施加各种边界条件,非常适合于模拟和求解复杂应力状态下裂纹扩展问题.本文基于MSIM方法,利用在裂纹尖端及其附近设置局部辅助有限单元区域,首先求得裂纹尖端处的2个特征参数,进而求得相应的应力强度因子的方式,提出了计算应力强度因子的无网格流形MSIM虚拟裂纹闭合法,弥补了诸如J积分法在计算应力强度因子时的不足,同时也进一步拓展了虚拟裂纹闭合法的应用范围.数值算例结果表明了基于MSIM方法的虚拟裂纹闭合法能够有效、正确的计算裂纹尖端的应力强度因子和追踪复杂应力状态下裂纹扩展路径.