XFEM在疲劳裂纹扩展分析中的应用研究
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更新于2024-08-08
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这篇资源主要探讨了XFEM(Extended Finite Element Method,扩展有限元方法)在模拟裂纹扩展领域的应用,特别是在疲劳裂纹分析中的优势。XFEM是一种强大的数值计算方法,它在传统有限元法的基础上增加了对裂纹等不连续现象的处理能力。
XFEM的主要优点在于处理裂纹问题时的灵活性。不同于传统有限元方法需要考虑整个结构并可能需要对裂纹尖端的网格进行加密和重组,XFEM只需按照基本构件尺寸生成单元网格,就能有效地追踪裂纹的位置和方向。这种方法利用水平集法来描述裂纹路径,确保了在裂纹扩展过程中插值函数能精确反映裂纹的动态特性。
在国际研究中,XFEM已被广泛采用。例如,Hachmi Ben Dhia和Olivier Jamond在2010年将其引入Arlequin框架,降低了疲劳裂纹扩展的计算成本。G.L.Golewski等则利用最大拉应力准则分析裂纹扩展,并通过三维模型验证了二维裂纹问题的模拟结果。Chang Ye等在2013年使用大型有限元软件中的XFEM研究了疲劳过程。
国内的研究也对此领域有所贡献。方修君和金峰在2006年首次在ABAQUS软件中应用XFEM来分析裂纹扩展,他们通过三点弯梁模型模拟了裂纹从形成到断裂的全过程。董玉文等人在2008年将XFEM应用于混凝土裂纹问题,详细分析了裂纹演变和裂纹尖端应力分布。
该资源中还提到了一篇名为“基于XFEM的应力强度因子和疲劳裂纹扩展分析”的硕士学位论文,由李凤翔撰写,导师是李有堂教授,研究方向为抗疲劳设计。论文详细阐述了XFEM的基本理论、国内外研究进展以及疲劳裂纹扩展的分析。
XFEM的使用不仅简化了裂纹问题的建模,还提高了模拟的精度和效率,使其成为解决复杂裂纹问题的有效工具。在机械制造及其自动化领域,理解和掌握XFEM对于疲劳裂纹分析至关重要,因为它能够提供更精确的应力强度因子评估,从而有助于预测和防止材料的过早失效。
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Big黄勇
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