金属动态断裂与破碎问题的扩展物质点法

基本信息
批准号:11672154
项目类别:面上项目
资助金额:66.00
负责人:张雄
学科分类:
依托单位:清华大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘岩,梁勇,宋言,陈享,陈镇鹏,司雪娜
关键词:
物质点法损伤断裂大变形动力学分析
结项摘要

Fracture and fragmentation of metals under extreme loading is an important problem focused in many fields, which involves extreme deformation and complex interactions of cracks, thus poses great challenges on numerical analysis. In this project, a novel extended material point method (XMPM) for fracture problem with extremely large deformation will be constructed based on the ideas of meshfree material point method (MPM) and extended finite element method (XFEM). The research of this project will include: 1. MPM formulation with enriched degrees of freedom (DOFs) will be constructed. Precise scheme for crack description under MPM framework will be developed based on the level set method. The XMPM framework will be set up. 2. The improved accurate computational scheme of the J-integral and the energy release rate will be investigated, and the computation of propagation criteria for dynamic fracture of metals will be studied. 3. The interaction treatment between crack surfaces after propagation and the self-contact algorithm will be investigated. The interaction of multiple cracks will be simulated with XMPM. 4. The implementation of XMPM and the application of XMPM in practical metal spalling and metal fragmentation will be investigated. The advantages of MPM in solving problems of extreme deformation will be fully inherited in XMPM, and the disadvantage of inaccurate description of cracks will be overcome. An advanced numerical method will be provided for the investigation of dynamic fracture of metals.

强冲击载荷下金属的断裂与破碎是多个领域关注的重要问题,涉及极端变形与复杂裂纹相互作用,对数值分析提出了很大的挑战。本项目拟结合近年来迅速发展的物质点无网格法和扩展有限元法的思想,建立适合于求解超大变形断裂问题的新型扩展物质点法。内容包括:1. 构建含有扩充自由度的物质点法求解格式,并结合水平集等方法发展物质点法框架下的裂纹精细描述方案,从而建立起扩展物质点法的理论框架;2. 研究物质点法框架下J积分、能量释放率的改进精准计算方案,探讨金属动态裂纹扩展准则的计算;3.研究扩展后裂纹面的处理与自接触算法,研究多裂纹相互作用下的扩展物质点法模拟; 4. 研究扩展物质点法的程序实现及其在实际金属层裂、破碎问题中的应用。扩展物质点法将充分发挥物质点法特别适于求解超大变形问题的优势,克服其裂纹描述较为粗糙的缺点,为金属动态断裂问题提供先进数值方法与计算手段。

项目摘要

强冲击载荷下金属的断裂与破碎是多个领域关注的重要问题,涉及极端变形与复杂裂纹相互作用,对数值分析提出了很大的挑战。本项目结合近年来迅速发展的物质点法和扩展有限元法的思想,建立了适合于求解超大变形断裂问题的新型扩展物质点法,大幅提升了物质点法的精度和稳定性。主要研究内容和重要成果包括: 1.构建了含有扩充自由度的物质点法新型求解格式,发展了物质点法框架下的裂纹精细描述方案,建立了针对复杂裂纹情况的J积分的准确计算方案,提出了能够显式精准描述裂纹及其动态扩展过程的扩展物质点法;2.提出了交错网格物质点法,从根本上解决了跨网格噪声基础问题,大幅提升了物质点法的精度和稳定性;3.对物质点法的临界时间步长计算、近不可压格式等核心理论做出了重要改进,拓展了物质点法的应用范围,提升了物质点法的精度、效率和稳定性;4.研究扩展物质点法等物质点法新型格式在自主研发的大型三维物质点法软件MPM3D中的实现,初步将新型方法应用于实际金属层裂、破碎问题。扩展物质点法充分发挥了物质点法特别适于求解超大变形问题的优势,克服其裂纹描述较为粗糙的缺点,为金属动态断裂与破碎问题提供了先进数值方法与计算手段。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

玉米叶向值的全基因组关联分析

玉米叶向值的全基因组关联分析

DOI:
发表时间:
2

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

DOI:10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20201185
发表时间:2021
3

硬件木马:关键问题研究进展及新动向

硬件木马:关键问题研究进展及新动向

DOI:
发表时间:2018
4

基于SSVEP 直接脑控机器人方向和速度研究

基于SSVEP 直接脑控机器人方向和速度研究

DOI:10.16383/j.aas.2016.c150880
发表时间:2016
5

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

DOI:10.19701/j.jzjg.2015.15.012
发表时间:2015

张雄的其他基金

批准号:11672117
批准年份:2016
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:59482002
批准年份:1994
资助金额:8.50
项目类别:专项基金项目
批准号:10872107
批准年份:2008
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:11272180
批准年份:2012
资助金额:88.00
项目类别:面上项目
批准号:71403300
批准年份:2014
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10763002
批准年份:2007
资助金额:20.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:U1231203
批准年份:2012
资助金额:220.00
项目类别:联合基金项目
批准号:10472052
批准年份:2004
资助金额:7.00
项目类别:面上项目
批准号:11663009
批准年份:2016
资助金额:42.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81571087
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:10663002
批准年份:2006
资助金额:30.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:30670748
批准年份:2006
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:41704040
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11163007
批准年份:2011
资助金额:50.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:30600169
批准年份:2006
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:19963001
批准年份:1999
资助金额:11.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:71801014
批准年份:2018
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51806077
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11002060
批准年份:2010
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10172052
批准年份:2001
资助金额:18.00
项目类别:面上项目
批准号:10672088
批准年份:2006
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:11372115
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:41902092
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10363002
批准年份:2003
资助金额:25.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:59509002
批准年份:1995
资助金额:10.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81771510
批准年份:2017
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:51378391
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81100948
批准年份:2011
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50078041
批准年份:2000
资助金额:20.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

爆炸加载下金属壳体的膨胀断裂机理及破碎规律研究

批准号:10872187
批准年份:2008
负责人:汤铁钢
学科分类:A0802
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
2

流体/结构/断裂耦合作用管道的动态裂纹扩展研究

批准号:19772023
批准年份:1997
负责人:庄茁
学科分类:A0802
资助金额:11.00
项目类别:面上项目
3

岩石动态断裂韧度与动态断裂机理的研究

批准号:49372152
批准年份:1993
负责人:黎振兹
学科分类:D0705
资助金额:5.50
项目类别:面上项目
4

金属材料冲击至熔化后的动态破碎研究

批准号:11272293
批准年份:2012
负责人:张林
学科分类:A0802
资助金额:90.00
项目类别:面上项目