›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (1): 263-272.

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多裂纹扩展的扩展有限元法分析

石路杨,余天堂   

  1. 河海大学 工程力学系,南京 210098
  • 收稿日期:2012-09-30 出版日期:2014-01-10 发布日期:2014-01-14
  • 通讯作者: 余天堂,男,1971年生,博士,教授,主要从事工程力学方面的研究工作。E-mail: tiantangyu@hhu.edu.cn E-mail:hhusly@126.com
  • 作者简介:石路杨,女,1988年生,博士研究生,主要从事计算力学与工程仿真方面的研究工作
  • 基金资助:

    国家自然科学基金项目(No. 51179063);中央高校基本科研业务费(No. 2011B03014)。

Analysis of multiple crack growth using extended finite element method

SHI Lu-yang,YU Tian-tang   

  1. Department of Engineering Mechanics, Hohai University, Nanjing 210098, China
  • Received:2012-09-30 Online:2014-01-10 Published:2014-01-14

摘要: 建立了求解多裂纹扩展的扩展有限元法。引入裂纹交叉汇合加强函数以分析多裂纹交叉汇合过程;在裂纹附近区域使用广义形函数,并引入线增函数消除混合单元,可有效地提高裂纹附近的精度;用砂浆法(线段-线段接触法)结合增广型Lagrange乘子法处理裂纹段的接触条件,可以精确地模拟裂纹面约束,并方便地求解控制方程。算例分析了两方面内容:(1)计算交叉裂纹体的应力强度因子,结果表明提出的方法精度高;(2)模拟多裂纹扩展及交叉汇合过程,模拟的裂纹扩展路径与试验结果吻合得较好,表明了方法的可靠性。

关键词: 多裂纹, 扩展有限元法, 广义形函数, 接触条件, 砂浆法, 增广型Lgrange乘子

Abstract: The extended finite element method of multiple crack growth is presented. The crack junction is analyzed using the junction enrichment function; the generalized nodal shape functions are used in a cluster of nodes around the cracks, a ramp function is used to avoid the blending element problem. These techniques can effectively improve the accuracy of stresses in the vicinity of crack. The mortar method (segment-to-segment contact approach) in combination with the augmented Larange method is adopted to establish the contact conditions between crack faces. Thus the contact is modeled precisely; and it is convenient to solve the control equations. Several numerical examples are analyzed as follows: (1) computing the stress intensity factors of the cross crack, the proposed method can obtain higher accuracy; (2) simulating the growth and coalescence of multiple cracks, the numerical results are good in agreement with the experiments; it shows the reliability of the present method.

Key words: multiple cracks, extended finite element method, generalized shape functions, contact conditions, mortar method, augmented Larange multipliers

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