基于有限断裂法和比例边界有限元法的裂纹扩展模拟

来源：计算力学学报杂志2017年第2期北京时间：

作者：钟红,牟昊,张文宣

摘要：基于有限断裂法和比例边界有限元法提出了一种裂缝开裂过程模拟的数值模型。采用基于有限断裂法的混合断裂准则作为起裂及扩展的判断标准,当最大环向应力和能量释放率同时达到其临界值时,裂缝扩展。结合多边形比例边界有限元法,可以半解析地求解裂尖区域附近的应力场和位移场,在裂尖附近无需富集即可获得高精度的解。计算能量释放率时,只需将裂尖多边形内的裂尖位置局部调整,无需改变整体网格的分布,网格重剖分的工作量降至最少。裂缝扩展步长通过混合断裂准则确定,避免了人为假设的随意性,并可以实现裂缝变步长扩展的模拟,更符合实际情况。通过对四点剪切梁的复合型裂缝扩展过程的模拟,对本文模型进行了验证,并应用于重力坝模型的裂缝扩展模拟,计算结果表明,本文提出的模型简单易行且精度较高。

关键词：有限断裂法,比例边界有限元,裂纹扩展,可变步长,混合断裂准则,

基金资助：国家自然科学基金（51579033,51009019）；中央高校基本科研业务费专项（DUT14LK40）；中国博士后基金特别资助项目（2013T60283）资助.