弱形式求积元法计算线弹性和弹塑性应力强度因子研究

基本信息
批准号:11402040
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:廖旻懋
学科分类:
依托单位:重庆大学
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:文国治,贾传果,王晓莹,唐安,徐涵越
关键词:
弹塑性分区混合能量原理弱形式求积元应力强度因子
结项摘要

Recently with the development of fracture mechanics, problems to be solved have been more and more complicate and diversified. How to establish an accurate and efficient computational fracture mechanics method to solve the problems has been a hot research topic in this field. A weak form Quadrature Element Method was proposed recently. Its application to various classical continuum mechanics problems shows its high precision and high efficiency. The method is to be used in the present study. Weak form descriptions of a linear elastic crack and an elasto-plastic crack are to be formulated by a sub-region mixed energy principle. Integrals involved in the formulation are to be evaluated by an efficient numerical integration scheme. Partial derivatives at the integration points are to be approximated by differential quadrature analogs. A system of algebraic equations is eventually derived from the variational principle and stress intensity factors are extracted from solving the equations. The computed results are to be compared to available theoretical or numerical solutions to discuss the features of the method. The computation of stress intensity factors using the method not only provides a new approach for fracture mechanics research, but also lays out a foundation for investigations of more complex fracture mechanics problems.

近年来,随着断裂力学研究的日益深入,需要求解的问题日趋复杂化和多样化。如何建立高精度、高效率的计算断裂力学方法来解决这些问题已成为该领域的一大研究热点。弱形式求积元法是最近提出的一种新型数值计算方法。它已成功应用于许多典型连续介质力学问题,体现出高精度、高效率等特点。本项目拟应用该方法,通过分区混合能量原理建立线弹性和弹塑性裂纹的弱形式描述,对描述中的积分进行数值积分近似,再对各积分点上的微分采用微分求积法进行近似,从而利用变分原理将问题转化为代数方程组来求解得到应力强度因子。该方法的计算特点将通过和已有解析解或数值解结果相比较来进行讨论。该方法对应力强度因子的计算将不仅为断裂力学研究提供一种新方法,而且为其研究更复杂断裂力学问题奠定基础。

项目摘要

精确、高效地计算任意裂纹问题的应力强度因子一直是断裂力学领域的重点和难点。本研究应用新近提出的弱形式求积元法,对线弹性和弹塑性应力强度因子进行了计算。首先从分区广义变分原理出发,建立了裂纹尖端附近区域内余能、余下区域内势能、以及两者交界面上混合功的表达式;其次借助裂纹尖端附近的应力渐近场解来直接引入应力强度因子;再次应用弱形式求积元法对所建立能量表达中的被积分式进行Lagrange插值离散,插值离散节点选用Lobatto非均匀分布节点(包含插值域的两个端点),便于边界条件施加,且积分可利用Gauss-Lobatto积分近似;然后利用微分求积法对各离散点上的微分进行近似;最终根据分区广义变分原理的驻值条件,得到一系列包含待求解余能区裂纹尖端应力渐近场系数和势能区位移的代数方程组,求解该方程组,即可直接得到应力强度因子。通过多个经典I、II、III型及复合型裂纹问题的求解,验证了该方法的可行性;通过计算结果和已有参考文献结果的对比,表明该方法具有极高的精度和效率;对该方法中影响计算结果精度的参数,例如余能区的尺寸大小、插值离散节点个数等,进行了参数敏感性分析,给出了相应的推荐取值。本研究成功实现了该方法对非连续介质问题的首次分析,奠定了其在断裂力学领域中的应用基础,为接下来研究更复杂断裂力学问题开辟了道路。

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

DeoR家族转录因子PsrB调控黏质沙雷氏菌合成灵菌红素

DeoR家族转录因子PsrB调控黏质沙雷氏菌合成灵菌红素

DOI:10.3969/j.issn.1673-1689.2021.10.004
发表时间:2021
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

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
4

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
5

栓接U肋钢箱梁考虑对接偏差的疲劳性能及改进方法研究

栓接U肋钢箱梁考虑对接偏差的疲劳性能及改进方法研究

DOI:10.3969/j.issn.1002-0268.2020.03.007
发表时间:2020

廖旻懋的其他基金

相似国自然基金

1

弱形式求积元法的发展与应用

批准号:50778104
批准年份:2007
负责人:钟宏志
学科分类:E0804
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
2

断裂力学中计算应力强度因子的半权函数法和有限元线法

批准号:19872066
批准年份:1998
负责人:柳春图
学科分类:A0802
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
3

基于弱形式求积元法的加筋壳结构非线性屈曲分析方法

批准号:11702098
批准年份:2017
负责人:张闰
学科分类:A0806
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
4

网壳结构稳定性的弱形式求积元分析

批准号:51378294
批准年份:2013
负责人:钟宏志
学科分类:E0804
资助金额:77.00
项目类别:面上项目