基于扩展有限元和极限学习机预测斜裂纹板疲劳寿命

发布时间：2025-02-23 09:17

　　 针对前欧拉法在预测裂纹扩展时小步长、精度低的问题,提出一种基于扩展有限元与极限学习机相结合的方法,用于预测含裂纹板结构的疲劳寿命。首先,进行裂纹尖端应力强度因子的扩展有限元迭代求解;然后根据应力强度因子与裂纹长度之间的关系,构建一个预测模型,求取中点应力强度因子;最后利用断裂力学理论中应力强度因子与疲劳寿命的函数关系预测疲劳寿命。通过两个数值算例进行分析,数值算例表明:新的预测方法精度高并且允许大步长。

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【部分图文】：

图1 前欧拉法和中点法示意图

其中,ΔKi+1/2是当前裂纹尺寸和下一裂纹尺寸中点所对应的应力强度因子幅值。当裂纹尺寸i+1/2处的尺寸未知时无法计算ΔKi+1/2,后面提出一种预测模型计算应力强度因子幅值使其满足中点积分法。图1为前欧拉法和中点法示意图。2.2基于扩展有限元和极限学习机的预测裂纹剩

图2 张力作用下中心斜裂纹

张力作用下的中心斜裂纹板,一个方形板尺寸W=200mm,L=200mm,初始裂纹尺寸2a为24mm,如图2所示。斜裂纹和竖直方向的夹角为β,杨氏模量E=7.3×1010,泊松比v=0.33,Paris常数C=3.15×10-11,m=3.59,材料断裂韧度KΙC=30ΜΡa....

图3 应力分布σyy

由于斜裂纹和竖直方向有夹角β。本算例以β=60°为研究角度。图3显示的是应力等值线图dadΝ。图4显示的是改变裂纹长度2a,保持β=60°不改变,KIKII和裂纹长度2a的关系。图5是应力强度因子和裂纹扩展长度。图6显示的是裂纹扩展速率和裂纹扩展长度。图7显示的是裂纹扩展速....

图4 应力强度因子和裂纹长度

图5显示的是在斜裂纹扩展的过程中,Ι型应力强度因子和等效应力强度因子数值基本相同,同时由图可以看出初始裂纹扩展长度为20mm,当裂纹扩展长度到达74mm时,应力强度因子达到断裂韧度KΙC=30ΜΡam疲劳失效。其中Ι型应力强度因子是由扩展有限元法计算得到,等效应力强度因子....

本文编号：4034279