原文传递
基于向量式有限元的薄壁管道裂纹扩展模拟
| 论文题名： | 基于向量式有限元的薄壁管道裂纹扩展模拟 |
| 关键词： | 薄壁管道;裂纹扩展;外部荷载;向量式有限元 |
| 摘要： | 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，首先研究了由于温度变化引起的应力对市政管道初始裂纹发生进一步扩展的影响，其次研究了由于管道脱空导致的底部初始裂纹扩展过程。 本文的成果体现了向量式有限元处理断裂、大变形、大变位等问题时的独特优势，推动了向量式有限元的发展，为薄壁管道的裂纹扩展提供了一种便利有效的方法。 |
| 作者： | 荆伟恩 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 李聪;杨玉龙 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
