用常规有限元法构造有限应变分析的断裂力学网格
在大应变分析中(包括几何非线性时),通常不应使用奇异单元。如果需要该区域的细节,必须对网格进行足够的细化,以模拟裂纹尖端周围非常高的应变梯度。即使只有J积分是必需的,裂纹尖端周围的变形可能会占主导地位的解决方案和裂纹尖端区域将不得不以足够的细节来模拟,以避免数值问题。从物理上讲,裂纹尖端并不十分锋利。因此,通常将其建模为具有半径的钝缺口。10-3rp,其中r是裂纹尖端前方塑性区的特征尺寸。缺口必须足够小,在感兴趣的载荷下,缺口的变形形状不再取决于原始几何形状。通常情况下,缺口必须钝至其初始半径的四倍以上,才能使变形的形状与原始几何无关。切口周围的元素的尺寸应约为切口尖端半径的1/10,以获得准确的结果。
如果裂纹被建模为尖锐的,裂纹尖端附近的有限元可能无法近似的高梯度,从而导致收敛问题。即使收敛,裂纹尖端周围的应力和应变的结果也可能是不准确的。然而,如果解收敛,则轮廓积分结果应相当精确。在三维方面,收敛的困难可能会大于二维方面。
在涉及有限的旋转,但小应变的情况下,如弯曲的细长结构,一个小的“锁孔”周围的裂纹尖端应建模。开孔较小时,对计算结果影响不大,避免了处理裂尖奇异应变的问题。
在常规有限元法中使用约束
一般多点约束和线性约束方程(关于运动约束)不应在计算轮廓积分的网格区域中的节点上使用,除非约束中涉及的节点位于同一点。在不影响等高线积分计算的情况下,可以使用多点约束将聚焦网格裂纹尖端的节点连接在一起。绑这些节点将改变裂纹尖端的奇异性,但路径独立的轮廓积分将被保持。 此外,如果用MPC型TLE或线性约束方程将模型的两个面连接起来,则不会影响轮廓积分的路径独立性,条件是两个面的所有节点都是一致的。在等高线积分区域内使用多点约束进行网格细化或应用对称/反对称边界条件将导致轮廓积分的路径依赖。如果违反此规则,则不提供警告或错误消息。
程序
l 您可以请求使用以下过程建模的断裂力学问题中的轮廓积分:
l 使用XFEM和常规有限元方法进行静态(静态应力分析);
l 准静态 (准静态分析) ,仅使用常规有限元法;
l 稳态输运(稳态输运分析) 仅使用常规有限元方法
l 热-应力耦合程序 (全耦合热-应力分析),仅使用常规有限元法,以及
l 裂纹扩展 (裂纹扩展分析) 仅使用常规有限元法。
l 围道积分只能在一般的分析步骤中使用:它们在线性扰动分析中不计算 (一般和扰动过程)。
对裂纹表面施加压力的裂纹分析,如果包含几何非线性,可能会给出不精确的轮廓积分值。同样,如果在一个步骤中包含几何非线性,应力强度因子和T应力的计算结果也可能不准确。
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