三维裂纹板条动态断裂参量的线弹簧有限元法研究

摘要

该文将线弹簧模型与有限元软件ANSYS相结合,对弹性表面裂纹的动态断裂参量进行了研究,所进行的工作主要有:将传统的用于静态表面裂纹分析的线弹簧模型推广用于动态断裂分析,导出了相应的线弹簧本构关系,并与有限元(ANSYS)相结合,建立了相应的求解技术.对含内埋椭圆裂纹的板条进行了静态和瞬态分析,得到的结果与已有的解吻合良好,对影响瞬态响应的因素如裂纹形状、裂纹深度、板条长度、板条厚度做了分析比较.在ANSYS中提出了一种新的线弹簧单元用于表面裂纹分析,并分别用于表面裂纹静态与动态的分析,所得结果与已有解吻合良好,说明此单元模型的建立是成功的,最后对影响表面裂纹动态应力强度因子的因素做了分析.该文所建立的三维裂纹动态断裂参量的分析方法,较之全三维有限元法大大简化了前处理过程和节省了计算机时.同时,保证了一定的分析精度.因此,作为一种工程数值分析方法,是非常适合的.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1前言

1.2断裂动力学基本理论

1.3断裂动力学的研究分析方法

1.4动态裂纹问题的研究现状

1.5本论文的研究内容、目的和意义

第二章表面裂纹线弹簧理论

2.1引言

2.2线弹簧模型法

2.2.1受拉伸和弯曲的单边裂纹板

2.2.2受拉伸和弯曲之板的应力场

2.2.3沿间断线的积分方程，变分原理

2.2.4线弹簧模型柔度与应变能的关系

2.2.5线弹簧柔度和应力强度因子的关系

2.3线弹簧有限元法基本理论

2.3.1线弹簧有限单元法的基本原理

2.3.2线弹簧与有限元相耦合

2.4本章小结

第三章内埋裂纹的有限元—线弹簧分析

3.1引言

3.2内埋裂纹的静态分析

3.2.1内埋裂纹线弹簧模型

3.2.2余能和刚度

3.2.3线弹性数值计算过程

3.2.4线弹性数值结果及分析

3.3内埋裂纹的动态分析

3.3.1线弹簧模型的合理性验证

3.3.2分析方法的验证

3.3.3内埋裂纹瞬态响应的影响因素分析

3.4本章小结

第四章表面裂纹的有限元—线弹簧分析

4.1引言

4.2连续线弹簧本构关系的求解

4.3 ANSYS中一种新的单元模型

4.3.1△1、△2与N1、N2之间的关系

4.3.2在ANSYS中用新单元实现解耦

4.3.3新单元分析步骤

4.4三维静态分析的算例及其结果

4.5三维动态分析的算例及其结果

4.6表面裂纹瞬态响应的影响因素分析

4.6.1裂纹形状对动态应力强度因子的影响

4.6.2板条宽度方向对动态应力强度因子的影响

4.6.3板条长度方向对裂纹动态应力强度因子的影响

4.7本章小结

第五章总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢