基于向量式有限元的薄壁管道裂纹扩展模拟
发布时间：2021-02-12 09:57
裂纹扩展在薄壁管道中十分常见,在外部荷载的作用下,薄壁管道的裂纹扩展往往涉及到大变形大变位等非线性以及不连续行为。传统有限元在处理这类复杂问题时往往需要做一些特殊的处理,而且常常伴随网格的不断划分,给问题的分析带来许多不便。本文将基于向量式有限元理论的薄壳单元来模拟薄壁管道裂纹扩展过程。先后通过理论推导、程序开发和数值模拟来实现薄壁管道的裂纹扩展模拟分析。主要研究工作包括:（1）为了实现由浅入深的研究,首先推导了基于向量式有限元的一维单元断裂模型,详细描述了其断裂的过程,并用算例加以验证。最后基于此单元编写MALAB程序模拟了下承式系杆拱桥发生吊杆断裂后的结构动力响应。（2）基于向量式有限元法,分别推导了三角形CST膜单元与三角形DKT板单元,并将其叠加形成三角形薄壳单元。同时对所编写的薄壳单元做了变形能力以及大变位能力的验证。（3）将基于能量断裂准则的虚拟裂纹闭合法引入基于向量式有限元的薄壳单元裂纹扩展模拟。并结合向量式有限元的特点,给出具体的实现方法。最后利用平板的单边裂纹扩展模拟验证了此方法在计算能量释放率上的准确性。（4）基于向量式有限元的薄壳单元与虚拟裂纹闭合法,首先研究了由...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１空间质点与单元??
．Ｖ?ｙ???图２．１空间质点与单元??的基础是一个描述的概念，工程力学假设固体是一［３（）］。点的位置，以及其他参数、用一组连续函数来。而向量式有限元的基础是点值描述，用一组有限的点值（ｐｏｉｎｔ?ｖａｌｕｅ）来描述连续构件体的参数。空问题的性质和精准度的需求来确定。点之间的参数ｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ）来计算。??所示，将结构离散为一组空间点，它是位置、质量体，？空间点之间的相互作用关系用三角形单元表
且空间点的运动过程依据一个可以标准化的控制方程，即运动定律，则称这一个??大的时间段为一个途径单元（ｐａｔｈ?ｅｌｅｍｅｎｔ）。??如图２．２所示，每一个空间点的运动轨迹在时间上都是逐渐累加的，每次都??是累加一个途径单元的长度，当然一个途径单元可以由多个小的时间段组成，这??些小的时间段的长度称为步长。依据具体的问题，一个途径单元也可以只包含一??个步长。结构或构件在一个途径单元ｔａ？ｔ？ｔｂ内有以下性质：１．结构的组合及??构件的几何与材料性质都不改变；２．构件满足小变形假设。从而将许多几何非线??性问题筒化为大变位小变形问题。对于像断裂这种不连续问题，也只发生在两个??相邻途径单元的起始或终止时刻，途径单元内依然是连续的运动行为。??每一个途径单元内可以包含多个步长，步长的大小影响收敛速度。本文中不??做讨论。??＝：斑Ｇ??ｔｏ?ｔｎ??图２．３质点在空间的运动轨迹??如图２．３所示，由￣￣￣可以是一个途径单元，在这个途径单元内有ｎ个步??长。??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]下承式钢管混凝土刚架系杆拱桥吊杆断裂动力分析[J]. 吴庆雄,余印根,陈宝春. 振动与冲击. 2014(15)
[2]基于向量式有限元的弦支穹顶失效分析[J]. 朱明亮,董石麟. 浙江大学学报(工学版). 2012(09)
[3]向量式有限元在索穹顶静力分析中的应用[J]. 朱明亮,董石麟. 工程力学. 2012(08)
[4]断裂力学分析的奇异有限元法研究综述[J]. 段静波,李道奎,雷勇军. 机械强度. 2012(02)
[5]大跨空间结构连续倒塌分析若干问题探讨[J]. 蔡建国,王蜂岚,冯健,张晋,冯飞. 工程力学. 2012(03)
[6]扩展有限元方法及应用综述[J]. 郭历伦,陈忠富,罗景润,陈刚. 力学季刊. 2011(04)
[7]基于虚拟裂纹闭合法计算裂纹扩展的能量释放率[J]. 肖涛,左正兴,刘栋,龙凯. 北京理工大学学报. 2010(01)
[8]斜拉桥拉索断裂损伤的动力过程模拟方法研究[J]. 曲兆乐,石雪飞,李小祥,阮欣. 结构工程师. 2009(06)
[9]无网格法的理论及应用[J]. 张雄,刘岩,马上. 力学进展. 2009(01)
[10]虚拟裂纹闭合法在结构断裂分析中的应用[J]. 肖涛,左正兴. 计算力学学报. 2008(S1)
博士论文
[1]结构破坏行为的数值模拟计算方法研究[D]. 张鹏飞.浙江大学 2016
[2]薄膜结构的有限质点法计算理论与应用研究[D]. 杨超.浙江大学 2015
[3]向量式有限元薄壳单元的理论与应用[D]. 王震.浙江大学 2013
[4]基于有限质点法的空间钢结构连续倒塌破坏研究[D]. 喻莹.浙江大学 2010
[5]埋地管道的失效机理及其可靠性研究[D]. 邵煜.浙江大学 2008
硕士论文
[1]基于向量式有限元法平面裂纹扩展研究[D]. 谷立芹.浙江大学 2017
[2]向量式有限元在索膜结构分析中的应用[D]. 彭涛.浙江大学 2012
[3]边界元法在结构断裂分析中的应用[D]. 孟玮.广西大学 2005
本文编号：3030676
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１空间质点与单元??
．Ｖ?ｙ???图２．１空间质点与单元??的基础是一个描述的概念，工程力学假设固体是一［３（）］。点的位置，以及其他参数、用一组连续函数来。而向量式有限元的基础是点值描述，用一组有限的点值（ｐｏｉｎｔ?ｖａｌｕｅ）来描述连续构件体的参数。空问题的性质和精准度的需求来确定。点之间的参数ｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ）来计算。??所示，将结构离散为一组空间点，它是位置、质量体，？空间点之间的相互作用关系用三角形单元表
且空间点的运动过程依据一个可以标准化的控制方程，即运动定律，则称这一个??大的时间段为一个途径单元（ｐａｔｈ?ｅｌｅｍｅｎｔ）。??如图２．２所示，每一个空间点的运动轨迹在时间上都是逐渐累加的，每次都??是累加一个途径单元的长度，当然一个途径单元可以由多个小的时间段组成，这??些小的时间段的长度称为步长。依据具体的问题，一个途径单元也可以只包含一??个步长。结构或构件在一个途径单元ｔａ？ｔ？ｔｂ内有以下性质：１．结构的组合及??构件的几何与材料性质都不改变；２．构件满足小变形假设。从而将许多几何非线??性问题筒化为大变位小变形问题。对于像断裂这种不连续问题，也只发生在两个??相邻途径单元的起始或终止时刻，途径单元内依然是连续的运动行为。??每一个途径单元内可以包含多个步长，步长的大小影响收敛速度。本文中不??做讨论。??＝：斑Ｇ??ｔｏ?ｔｎ??图２．３质点在空间的运动轨迹??如图２．３所示，由￣￣￣可以是一个途径单元，在这个途径单元内有ｎ个步??长。??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]下承式钢管混凝土刚架系杆拱桥吊杆断裂动力分析[J]. 吴庆雄,余印根,陈宝春. 振动与冲击. 2014(15)
[2]基于向量式有限元的弦支穹顶失效分析[J]. 朱明亮,董石麟. 浙江大学学报(工学版). 2012(09)
[3]向量式有限元在索穹顶静力分析中的应用[J]. 朱明亮,董石麟. 工程力学. 2012(08)
[4]断裂力学分析的奇异有限元法研究综述[J]. 段静波,李道奎,雷勇军. 机械强度. 2012(02)
[5]大跨空间结构连续倒塌分析若干问题探讨[J]. 蔡建国,王蜂岚,冯健,张晋,冯飞. 工程力学. 2012(03)
[6]扩展有限元方法及应用综述[J]. 郭历伦,陈忠富,罗景润,陈刚. 力学季刊. 2011(04)
[7]基于虚拟裂纹闭合法计算裂纹扩展的能量释放率[J]. 肖涛,左正兴,刘栋,龙凯. 北京理工大学学报. 2010(01)
[8]斜拉桥拉索断裂损伤的动力过程模拟方法研究[J]. 曲兆乐,石雪飞,李小祥,阮欣. 结构工程师. 2009(06)
[9]无网格法的理论及应用[J]. 张雄,刘岩,马上. 力学进展. 2009(01)
[10]虚拟裂纹闭合法在结构断裂分析中的应用[J]. 肖涛,左正兴. 计算力学学报. 2008(S1)
博士论文
[1]结构破坏行为的数值模拟计算方法研究[D]. 张鹏飞.浙江大学 2016
[2]薄膜结构的有限质点法计算理论与应用研究[D]. 杨超.浙江大学 2015
[3]向量式有限元薄壳单元的理论与应用[D]. 王震.浙江大学 2013
[4]基于有限质点法的空间钢结构连续倒塌破坏研究[D]. 喻莹.浙江大学 2010
[5]埋地管道的失效机理及其可靠性研究[D]. 邵煜.浙江大学 2008
硕士论文
[1]基于向量式有限元法平面裂纹扩展研究[D]. 谷立芹.浙江大学 2017
[2]向量式有限元在索膜结构分析中的应用[D]. 彭涛.浙江大学 2012
[3]边界元法在结构断裂分析中的应用[D]. 孟玮.广西大学 2005
本文编号：3030676
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