裂纹宽度及位置对钢板影响的有限元分析
发布时间：2021-04-04 19:23
基于XFEM裂纹模型的扩展有限元方法,对钢桥面板的拉伸破坏进行了数值模拟研究。通过建立三维结构有限元模型,对宽度不同的单边裂纹在钢板厚度方向上占比分别为a/B=0.25,0.5,0.75,1和深埋居中裂纹a/B=0.25,0.5以及深埋偏心的多种工况下钢板的拉伸破坏进行了模拟研究。结果表明,不同宽度的单边裂纹和深埋居中裂纹对钢板应力分布影响较小,应力最值呈现规律性变化,裂纹嘴位移随着裂缝宽度的增加而增加;深埋偏心裂纹的应力分布与其他工况相比差异明显不同,在扩展过程中,裂纹扩展宏观区域出现明显褶皱,在实际工程应用中可用作判断裂纹的位置形态。
【文章来源】：中国水运(下半月). 2019,19(12)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
模型尺寸2．材料模型荷载及边界条件本案例通过指定位移的方式对钢板部件两端部施加大小
第12期刘建等：裂纹宽度及位置对钢板影响的有限元分析91将扩展一个单元。为了提高计算的准确度避免单个时间增量步裂纹扩展距离过大，对预裂纹扩展方向区域进行了网格细化。图2构件的网格模型4．扩展有限元建模材料的初始损伤判据为最大主应力失效准则，本文采用基于能量的损伤演化类型，软化方式设置为线性，其退化模式为极大值退化，混合模式采用幂次法则，法向断裂能和两个方向的切向断裂能都设置为42,200N/m，并设置一个粘度系数为5e-5大小的值来控制损伤的稳定性。裂纹扩展问题属强间断、强非线性问题，迭代计算的收敛难度较一般问题更大，故设置静态分析步，增大迭代计算中的许可步数和迭代次数，以提高求解过程中的收敛性，并将输出频率设置为每15个增量步输出一次。三、模拟结果及讨论为了便于观察钢板变形后的应力分布和裂纹扩展路径及断口形貌，将裂纹放大200倍，得到以下的应力云图。1．单边裂纹扩展应力云图①单边裂纹a=0.005m②单边裂纹a=0.01m③单边裂纹a=0.015m④贯穿裂纹a=0.02m图3单边裂纹扩展应力云图由上图可知，在单边裂纹①－④：a/B=0.25，0.5，0.75，1的四种工况下的裂纹扩展最终形态，应力分布云图呈规律性变化，应力分布区域相似；钢板构件裂纹嘴张开位移随着裂纹宽度增加而增大，各状态下最大应力值相差不大，且均出现在相对的角点位置处，而最小应力随着裂纹宽度增加而减小，呈片状分布在斜对称角点区域。2．深埋裂纹应力云图①居中裂纹a=0.005m②居中裂纹a=0.01m③偏心裂纹a=0.01m图4深埋裂纹扩展应力云图图①和图②相比，由于初始裂纹宽度不同，最终裂纹嘴张开位移②图稍大，应力云图变化和应力最值及应力分布区域相接近；②图和③图相比，云图与应力集中部分发生了较
狭涯芏忌柚梦?2,200N/m，并设置一个粘度系数为5e-5大小的值来控制损伤的稳定性。裂纹扩展问题属强间断、强非线性问题，迭代计算的收敛难度较一般问题更大，故设置静态分析步，增大迭代计算中的许可步数和迭代次数，以提高求解过程中的收敛性，并将输出频率设置为每15个增量步输出一次。三、模拟结果及讨论为了便于观察钢板变形后的应力分布和裂纹扩展路径及断口形貌，将裂纹放大200倍，得到以下的应力云图。1．单边裂纹扩展应力云图①单边裂纹a=0.005m②单边裂纹a=0.01m③单边裂纹a=0.015m④贯穿裂纹a=0.02m图3单边裂纹扩展应力云图由上图可知，在单边裂纹①－④：a/B=0.25，0.5，0.75，1的四种工况下的裂纹扩展最终形态，应力分布云图呈规律性变化，应力分布区域相似；钢板构件裂纹嘴张开位移随着裂纹宽度增加而增大，各状态下最大应力值相差不大，且均出现在相对的角点位置处，而最小应力随着裂纹宽度增加而减小，呈片状分布在斜对称角点区域。2．深埋裂纹应力云图①居中裂纹a=0.005m②居中裂纹a=0.01m③偏心裂纹a=0.01m图4深埋裂纹扩展应力云图图①和图②相比，由于初始裂纹宽度不同，最终裂纹嘴张开位移②图稍大，应力云图变化和应力最值及应力分布区域相接近；②图和③图相比，云图与应力集中部分发生了较大的变化，③图最终状态下钢板构件裂纹嘴未完全张开，最大应力值出现在裂纹未完全断裂处。相对于其他工况下，裂纹宽度相等偏心裂纹在厚度方面出现了褶皱，如下图5所示，这可以作为判断偏心裂纹的一个宏观表征。图5单边与偏心裂纹断口比较四、结论在本文条件下，可得出以下结论：（1）对于不同宽度的单边与深埋居中裂纹，其最终扩展后的应力云图分布区域差异很小，且最大应力相近最小应力值随裂纹
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢结构疲劳裂纹合理止裂孔形状研究[J]. 袁周致远,吉伯海,傅中秋. 南京理工大学学报. 2017(05)
[2]钢桥面板竖向加劲肋围焊端部止裂技术有限元分析[J]. 王益逊,孟彦菲,傅中秋,吉伯海. 安徽工业大学学报(自然科学版). 2017(03)
[3]基于扩展有限元法的弹塑性裂纹扩展研究[J]. 杨志锋,周昌玉,代巧. 南京工业大学学报(自然科学版). 2014(04)
本文编号：3118338
【文章来源】：中国水运(下半月). 2019,19(12)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
模型尺寸2．材料模型荷载及边界条件本案例通过指定位移的方式对钢板部件两端部施加大小
第12期刘建等：裂纹宽度及位置对钢板影响的有限元分析91将扩展一个单元。为了提高计算的准确度避免单个时间增量步裂纹扩展距离过大，对预裂纹扩展方向区域进行了网格细化。图2构件的网格模型4．扩展有限元建模材料的初始损伤判据为最大主应力失效准则，本文采用基于能量的损伤演化类型，软化方式设置为线性，其退化模式为极大值退化，混合模式采用幂次法则，法向断裂能和两个方向的切向断裂能都设置为42,200N/m，并设置一个粘度系数为5e-5大小的值来控制损伤的稳定性。裂纹扩展问题属强间断、强非线性问题，迭代计算的收敛难度较一般问题更大，故设置静态分析步，增大迭代计算中的许可步数和迭代次数，以提高求解过程中的收敛性，并将输出频率设置为每15个增量步输出一次。三、模拟结果及讨论为了便于观察钢板变形后的应力分布和裂纹扩展路径及断口形貌，将裂纹放大200倍，得到以下的应力云图。1．单边裂纹扩展应力云图①单边裂纹a=0.005m②单边裂纹a=0.01m③单边裂纹a=0.015m④贯穿裂纹a=0.02m图3单边裂纹扩展应力云图由上图可知，在单边裂纹①－④：a/B=0.25，0.5，0.75，1的四种工况下的裂纹扩展最终形态，应力分布云图呈规律性变化，应力分布区域相似；钢板构件裂纹嘴张开位移随着裂纹宽度增加而增大，各状态下最大应力值相差不大，且均出现在相对的角点位置处，而最小应力随着裂纹宽度增加而减小，呈片状分布在斜对称角点区域。2．深埋裂纹应力云图①居中裂纹a=0.005m②居中裂纹a=0.01m③偏心裂纹a=0.01m图4深埋裂纹扩展应力云图图①和图②相比，由于初始裂纹宽度不同，最终裂纹嘴张开位移②图稍大，应力云图变化和应力最值及应力分布区域相接近；②图和③图相比，云图与应力集中部分发生了较
狭涯芏忌柚梦?2,200N/m，并设置一个粘度系数为5e-5大小的值来控制损伤的稳定性。裂纹扩展问题属强间断、强非线性问题，迭代计算的收敛难度较一般问题更大，故设置静态分析步，增大迭代计算中的许可步数和迭代次数，以提高求解过程中的收敛性，并将输出频率设置为每15个增量步输出一次。三、模拟结果及讨论为了便于观察钢板变形后的应力分布和裂纹扩展路径及断口形貌，将裂纹放大200倍，得到以下的应力云图。1．单边裂纹扩展应力云图①单边裂纹a=0.005m②单边裂纹a=0.01m③单边裂纹a=0.015m④贯穿裂纹a=0.02m图3单边裂纹扩展应力云图由上图可知，在单边裂纹①－④：a/B=0.25，0.5，0.75，1的四种工况下的裂纹扩展最终形态，应力分布云图呈规律性变化，应力分布区域相似；钢板构件裂纹嘴张开位移随着裂纹宽度增加而增大，各状态下最大应力值相差不大，且均出现在相对的角点位置处，而最小应力随着裂纹宽度增加而减小，呈片状分布在斜对称角点区域。2．深埋裂纹应力云图①居中裂纹a=0.005m②居中裂纹a=0.01m③偏心裂纹a=0.01m图4深埋裂纹扩展应力云图图①和图②相比，由于初始裂纹宽度不同，最终裂纹嘴张开位移②图稍大，应力云图变化和应力最值及应力分布区域相接近；②图和③图相比，云图与应力集中部分发生了较大的变化，③图最终状态下钢板构件裂纹嘴未完全张开，最大应力值出现在裂纹未完全断裂处。相对于其他工况下，裂纹宽度相等偏心裂纹在厚度方面出现了褶皱，如下图5所示，这可以作为判断偏心裂纹的一个宏观表征。图5单边与偏心裂纹断口比较四、结论在本文条件下，可得出以下结论：（1）对于不同宽度的单边与深埋居中裂纹，其最终扩展后的应力云图分布区域差异很小，且最大应力相近最小应力值随裂纹
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢结构疲劳裂纹合理止裂孔形状研究[J]. 袁周致远,吉伯海,傅中秋. 南京理工大学学报. 2017(05)
[2]钢桥面板竖向加劲肋围焊端部止裂技术有限元分析[J]. 王益逊,孟彦菲,傅中秋,吉伯海. 安徽工业大学学报(自然科学版). 2017(03)
[3]基于扩展有限元法的弹塑性裂纹扩展研究[J]. 杨志锋,周昌玉,代巧. 南京工业大学学报(自然科学版). 2014(04)
本文编号：3118338
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