密质骨反平面裂纹问题的复变方法及ANSYS数值模拟

来源 :宁夏大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guaidaokid2003
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密质骨是由矿化胶原纤维环绕哈弗氏管所构成的自然生物复合材料,具有优良的力学性能,如断裂韧性和断裂强度.密质骨在日常循环载荷下,会以微裂纹群的形式出现微损伤,裂纹群中的裂纹会相互作用并导致骨骼力学性能的减弱.因此,通过对密质骨断裂力学行为和强韧性机理的研究,可有效预防骨疾病的发生并为设计仿生复合骨材料提供有益指导.  本文将借助复变方法和有限元方法研究了含裂纹的无粘合线骨单元密质骨反平面断裂力学行为模型、含裂纹的有粘合线骨单元密质骨反平面断裂力学行为模型和含双裂纹的无粘合线骨单元密质骨反平面断裂力学行为模型.构建模型中将骨单元近似为弹性材料,忽略骨单元之间的相互影响,假设骨单元与骨基质光滑粘结,基质相对于骨单元和裂纹足够大.利用叠加原理将研究问题分解为几个基本问题的叠加,然后通过复变方法对其进行了求解.最后给出了裂纹尖端处应力及应力强度因子的解析表达式和数值算例,分析了骨单元与骨基质的剪切模量比、裂纹尖端与骨单元中心的距离和裂纹长度对裂纹尖端应力强度因子的影响.并利用有限元数值模拟结果与复变方法所得到的解析解进行对比,继而验证了理论推导的正确性.
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