基于近场动力学有限宽板应力强度因子求解及损伤研究

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近场动力学理论(Peridynamics Theory)从诞生以来,以其非局部作用思想处理力学问题尤其是断裂损伤力学方面的独特优势,吸引了广大学者投入研究。现在近场动力学对于处理线弹性、弹塑性、粘弹性、断裂损伤预测方面的问题(无论在处理各向同性材料还是各向异性材料以及复合材料方面),近场动力学理论都已经建立一定的准则。在近场动力学框架下的数值模拟计算得到结构的受力、变形、损伤、断裂的趋势都是准确的。然而,在处理具体问题时,还需要广大学者进行局部的细化研究,很多地方还需要修正完善。本文主要针对断裂问题中有限宽板任意曲线孔洞延伸裂纹应力强度因子的求解及损伤的扩展展开研究,并进行了可视化操作界面的初步探索。本文所研究的内容主要包含以下几个方面。基于近场动力学理论,结合断裂力学的知识,构建了一种计算分析有限宽板任意曲线孔洞(本文取圆孔、方孔、六边形孔等特例)直线延伸裂纹的应力强度因子方式,并使用VS C#编制模拟程序来实现。在工程实践中可以方便工程人员快速判断一些结构的安全使用性能。该方式通过数值模拟得到裂纹尖端附近的位移场,选取裂纹尖端附近有代表的几个点,求出表观应力强度因子的代表值,然后通过数学拟合,得出应力强度因子的准确值。通过验证,该方式可靠、有效。基于近场动力学理论,使用VS C#编制模拟程序,建立有限宽板任意曲线孔洞延伸裂纹的断裂损伤模型,对其损伤扩展趋势进行了数值模拟。对得到的数值模拟结果简单处理,绘制出在不同时间步下的各质点的损伤状态图。通过对不同时间步下损伤状态图的对比,就可以得到结构的裂纹扩展趋势。对得到的模拟结果,与已有的现实中的结果进行对比分析,可以得出这些扩展趋势可靠有效,具有指导现实的意义。对不同模型VS C#可视化操作界面进行初步探索。本文简单设计了一个可视化的操作界面,通过对不同形式的孔洞进行分类,建立不同的模块,在每个模块中的子模块下写入对应的程序,可以对不同形式的裂缝进行灵活选择进行计算。并且可以在操作界面上绘制模型离散化简图和裂纹附近的局部位移图,对结果进行初步的判断。这样使得数值模拟显得更加形象,容易理解,也给操作者带来很大的方便。本文基于近场动力学理论,对有限宽板任意曲线孔延伸裂纹应力强度因子求解及损伤趋势进行研究,并开发了可视化操作界面,得到了预想的结论并进行了验证,得到有效的结果。
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