【摘 要】
:
断裂过程一直是工程应用中关心的重要问题之一,在常规有限单元法解决裂纹问题存在诸多弊端的情况下,扩展有限元法的出现很大程度上推动了断裂问题数值模拟方法的发展。但是经典的扩展有限元法也存在一些问题,比如附加自由度的引入导致总体刚度矩阵的病态、额外增加的附加自由度含义不明确、以及由于引入裂尖加强单元导致混合单元(Blending element)的产生等。尽管扩展有限元法已经在工程中得到了广泛的应用,但
论文部分内容阅读
断裂过程一直是工程应用中关心的重要问题之一,在常规有限单元法解决裂纹问题存在诸多弊端的情况下,扩展有限元法的出现很大程度上推动了断裂问题数值模拟方法的发展。但是经典的扩展有限元法也存在一些问题,比如附加自由度的引入导致总体刚度矩阵的病态、额外增加的附加自由度含义不明确、以及由于引入裂尖加强单元导致混合单元(Blending element)的产生等。尽管扩展有限元法已经在工程中得到了广泛的应用,但仍存在需要改进的地方。本文构造了一种适用于扩展有限元法的裂尖超级单元,其基本思想是引入裂纹尖端渐进展开解描述裂纹尖端附近的位移场和应力场,通过Hellinger-Reisner变分原理给出裂尖超级单元的刚度矩阵以及等效荷载向量的列式,然后就可以将裂尖超级单元直接与扩展有限元法中其它单元结合用于断裂问题的分析。通过算例证明了本文方法的正确性、稳定性以及优势,计算得到的应力强度因子和裂纹扩展路径具有很高精度。本文提出的改进扩展有限元方法的优势如下:(1)裂尖超级单元刚度阵积分方案从域积分转变为线积分,显著减少了扩展有限元法中附加自由度的个数。(2)裂尖超级单元节点自由度与常规有限单元法中节点自由度意义一致,可直接与常规有限单元法中单元连接,避免了裂尖混合单元的产生。(3)通过建立的节点位移与裂纹尖端场展开项系数之间的关系,在无需后处理的情况下即可得到应力强度因子。(4)裂尖超级单元不存在刚度矩阵条件数过大的问题,总体刚度矩阵没有出现病态问题。
其他文献
塑性理论主要是用来描述材料在塑性变形状态下的力学响应,如屈服轨迹以及加工硬化等。而描述塑性变形的主要难点就在于材料屈服以后后续塑性流动对材料微观结构以及完整变形历史的依赖性,即塑性的历史相关性。同时,在微观尺度上来说,通过均匀化含微结构的非线性以及历史相关性材料,获取材料平均宏观力学响应本构模型是特别具有挑战性的。一般的做法是通过直接数值模拟来进行多尺度建模,但是对于一个含任意微观结构以及具有复杂
流动沸腾换热被广泛应用于石油化工、热能动力、航空航天、计算机芯片以及冷却电子设备等领域。近年来,流动沸腾及强化换热调控特性越来越受到研究者们的关注。一方面,各类工况条件和影响因素的改变会导致沸腾换热特性的巨大差异,并直接影响设备的运行安全。另一方面,采取合理的强化换热调控手段,有利于获得最佳的流动沸腾换热性能,这将对节能降耗产生深远影响。因此,本文采用格子Boltzmann方法对二维水平通道内流动
结构断裂一直是工程领域中不可忽视的问题,研究裂纹的萌生和扩展路径对工程稳定性和安全性至关重要。近年来,有许多学者研究了考虑惯性力的相场模型,因此相场模型也被应用在动态断裂问题中。在分析动态裂纹扩展问题时,传统的显式相场模型通常采用有限差分法来求解相场离散方程,由于有限差分法是有条件稳定算法,而且稳定时间步长通常很小,从而显著增加了计算成本,而且使用过大的时间步长时,数值结果会发散。本硕士论文为了提
随着现如今科学技术的高速发展,各种机械设备趋于复杂化和大型化,对结构动力学方面的研究显得越来越重要,传统的试凑型设计方案已经无法满足当今结构设计的高性能要求,数据表示航天飞机坠毁的事故原因百分之九十都可以归结为结构的疲劳破坏,而动力学性能设计目前应用于各类航天飞行器,包括卫星和运载火箭,是高端机械设备性能提升至关重要的一个步骤,具有良好的动力学性质的结构广泛应用于降噪、减振等领域。优化作为一种结构
热固性树脂基碳纤维增强复合材料以质量轻、比强度高、比模量高、耐腐蚀等综合性能优势广泛应用于航空航天、风电叶片、轨道交通等众多领域。传统热固性复合材料固化后难以重塑,且界面脱粘后极难修复。针对这些困难,键交换反应树脂的蓬勃发展为复合材料的界面连接及修复提供了新的方向。本文以具有动态交联网络的Vitrimer可修复树脂及其复合材料为研究对象,针对其基础性能、界面连接工艺、连接界面性能及界面本构行为等开
旋转机械是工业生产的重要设备,具有大型化、复杂化等特点。旋转机械一旦发生故障,会引起设备的非计划停机,不仅造成巨大经济损失,还可能导致机毁人亡的重大事故。设备的故障预警技术可以根据设备监测数据的变化趋势,在故障发生之前及时捕捉到故障的早期征兆,并给出预警信息,是保障机组长期安全稳定运行的关键技术。随着大数据时代的到来,基于数据驱动的故障预警技术越来越受到工业界与学术界的深度持续关注。由于应用于工业
蜂窝夹层结构以其优异性能,在航空航天、船舶、汽车等领域应用广泛。近年来,随着工程应用领域对高性能轻质结构的承载效率要求越来越高,在航空航天结构设计中出现了蜂窝灌封、预埋承力梁和预埋金属件等混杂蜂窝夹层结构形式。相对于一般夹层结构来说,此类混杂蜂窝夹层结构的复杂性不仅体现在结构形式上,还体现在失效模式更为丰富多样,承载能力的预测难度大大增加。对此类夹层结构的破坏行为进行系统研究,深入揭示其损伤失效机
随着现代空军的发展,飞行要求不断提高,飞机逐渐向多功能的方向发展。将旋翼直升机和固定翼飞机的优点相结合,使其同时具备优秀的垂直起飞、巡航和悬停能力,成为目前的一个重要的研究发展方向。变前后缘旋翼作为其中的一种优秀的解决方案,受到广泛关注。变形机翼翼肋是飞机的重要承载部件,其使役性能直接关乎到飞机设计的成败。由于在工程结构的生产、制造和服役等各环节中均存在大量的不确定性因素,严重影响了结构的使役性能
传统的振动控制结构或声学超材料结构一旦设计好后,其对弹性波的动态响应特性等性质也将随之确定,很难再具有参数可调性。然而相关研究表明,将流变材料引入到特定结构中,可以实现其动态特性的半主动控制,进一步实现对弹性波的调控能力。本文以流变材料的可调特性为基础,使用拓扑优化方法设计了具有可调性能的振动控制结构和声学超材料结构。本文的主要工作为以下两个方面:(1)在结构系统的半主动振动控制中,最佳控制性能和
本文对Lur’e系统的同步问题进行分析,并结合广义马尔可夫跳变系统能够描述随机系统的优势,考虑实际系统中普遍存在的时滞现象,对带马尔可夫跳变参数的广义时滞Lur’e系统的主从同步问题进行研究,并进一步考虑系统参数不确定性,研究主从系统的鲁棒同步问题。通过构建同步误差系统的方式,以状态反馈控制、动态输出反馈控制与采样数据控制的方法设计控制器,从而实现主从系统的同步。主要的研究工作如下:1.通过状态反