基于擴展有限單元法（XFEM）,采用有限元軟件ABAQUS研究了含斜裂紋矩形板的動態(tài)裂紋擴展過程,并討論了裂紋初始角度、裂紋長度和沖擊載荷形式等影響參數(shù)對裂紋擴展路徑的影響.數(shù)值計算結果表明,拉伸沖擊載荷下平板斜裂紋基本是按Ⅰ型裂紋形式沿直線擴展,改變裂紋初始角度、裂紋長度和沖擊載荷形式不會對裂紋擴展路徑產(chǎn)生顯著影響,但是對裂紋擴展速度會有明顯影響. 

【文章來源】：武漢理工大學學報(交通科學與工程版). 2019,43(02)

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

圖１二維裂紋中節(jié)點擴充方案

的最大主應力斷裂準則（ｍａｘｐｓｄａｍａｇｅ），并且采取自動時間步長求解，最大時間步長取為０．５μｓ．由于裂紋擴展問題屬于強間斷、強非線性問題，為了提高求解過程的收斂性，取黏性系數(shù)為５×１０－５，并且增大迭代計算中允許的嘗試步數(shù)和每步允許的迭代次數(shù)．此外，在模型輸出定義中需要選定裂紋面水平集函數(shù)（ＰＨＩＬＳＭ）及裂紋擴展狀態(tài)參量（ＳＴＡＴＵＳＸＦＥＭ），以在后處理中可以顯示裂紋位置和擴展情況．圖３有限元網(wǎng)格模型圖圖４給出了平板內(nèi)斜裂紋的擴展過程，圖中的應力云圖為ＶｏｎＭｉｓｅｓ應力．由圖４可見，當矩形板頂端受沖擊載荷作用后，應力波從頂端逐漸向下端傳播，當時間ｔ＝１４．２４７μｓ時，裂紋開始擴展，起初裂紋擴展較慢，幾個時間步長裂紋才能向前擴展一個單元，長度約為１ｍｍ；當時間ｔ＝３２．７７０μｓ時，應力波到達底端并發(fā)生反射，此后，在應力波與反射波的共同作用下，裂紋擴展速度明顯加快；當時間ｔ＝４９．０５６μｓ時，裂紋橫向貫穿整個矩形板．圖４平板內(nèi)斜裂紋的擴展過程圖第２期彭英，等：基于ＸＦＥＭ的平板斜裂紋動態(tài)擴展數(shù)值模擬·３２２·

３不同影響參數(shù)下的裂紋擴展路徑對比３．１裂紋初始角度的影響針對圖２中的計算模型，分別取裂紋傾角θ＝１５°，４５°，７５°，其他參數(shù)保持不變，采用ＸＦＥＭ計算不同初始角度下的裂紋擴展路徑，裂紋擴展過程中的單元狀態(tài)見圖５．由圖５可知，裂紋擴展過程中，路徑會發(fā)生微小波動，但基本是按Ⅰ型裂紋形式沿直線擴展，說明裂紋的初始角度影響不大，不能決定裂紋的擴展路徑．表１為不同初始角度下，裂紋開始擴展的時間（ｔ１）、橫向貫穿矩形板的時間（ｔ２）和貫穿矩形板的時間間隔（Δｔ）．由表１可知，裂紋初始角度越小，裂紋尖端距離矩形板頂部加載端越遠，裂紋開始擴展的時間越晚，但是裂紋橫向貫穿的時間反而越短，這是由于裂紋傾角越小，越接近于Ⅰ型裂紋，在拉伸載荷作用下，裂紋尖端應力集中越大，更加利于裂紋擴展．圖５不同初始角度下裂紋擴展過程中的單元狀態(tài)表１不同初始角度下裂紋開始擴展和貫穿的時間裂紋傾角θ／（°）ｔ１／μｓｔ２／μｓΔｔ／μｓ１５１５．２２１４７．４１４３２．１９３４５１４．２４７４９．０５６３４．８０９７５１３．７６６４８．７４３３４．９７７３．２裂紋長度的影響分別取裂紋長度ａ＝２０，１５，１０ｍｍ，采用ＸＦＥＭ計算各裂紋長度下的裂紋擴展路徑，裂紋擴展過程中的單元狀態(tài)見圖６．由圖６可知，隨著裂紋長度變短，裂紋擴展路徑的波動性減小，但是仍然基本按Ⅰ型裂紋形式沿直線擴展，說明改變裂紋長度不會使裂紋的擴展路徑發(fā)生顯著變


本文編號：3280738