基于最大能量释放率原理的裂纹扩展算法的改进

摘要

在基于最大能量释放率判据(Maximum energy release rate,MERR)的复合型裂纹扩展分析中,因需要对多个虚拟裂纹扩展方向进行试算和迭代运算,这会大大增加计算量,特别是为保证计算精度不得不选取很小的试算转角增量时,该问题会很突出。为此,提出分别基于有限差分法(Finite difference method,FDM)和最大周向应力判据(Maximum tangential stress,MTS)的裂纹转角预测方法,以减小计算量或提高计算精度。推导相关计算公式和算法,利用FORTRAN与ANSYS参数化设计语言(ANSYS parameter design language,APDL)语言混合编程的方法实现了基于ANSYS有限元环境下的裂纹扩展自动分析,并通过对带孔薄板的疲劳裂纹扩展分析,验证了所提出方法的有效性。分析发现,FDM的预测误差小于MTS的预测误差。MTS预测的转角误差曲线与转角曲线的一阶导数有相同的变化规律,而FDM预测转角的误差曲线与转角曲线的二阶导数有相同的变化规律。根据MERR和MTS判据得到的K_(Ⅱ)值趋近于零,这与局部对称判据(Local symmetry,LS)一致,但MERR和LS判据的计算结果更接近。