航空学报
航空學報
항공학보
ACTA AERONAUTICA ET ASTRONAUTICA SINICA
2013年
8期
1832-1845
,共14页
双向梯度复合材料%有限单元法%应力强度因子%梯度扩展单元法%交互能量积分
雙嚮梯度複閤材料%有限單元法%應力彊度因子%梯度擴展單元法%交互能量積分
쌍향제도복합재료%유한단원법%응력강도인자%제도확전단원법%교호능량적분
two-directional graded composite%finite element method%stress intensity factor%graded extended finite element method%interaction energy integral
为了进一步改善梯度复合材料力学分析及设计水平,推导了一种适用于双向梯度复合材料断裂特性分析的梯度扩展单元法(XFEM).采用细观力学方法描述材料沿梯度方向变化的力学属性,通过线性插值位移场给出了4节点梯度扩展单元随空间位置变化的刚度矩阵,建立了结构的连续梯度有限元模型,并采用交互能量积分计算得到了裂纹尖端的应力强度因子(SIF).通过与已有文献结果对比验证了梯度扩展单元的优越性,并讨论了双向梯度结构中相关参数对SIF的影响规律,得到结论:梯度扩展单元能够提高梯度材料中裂纹尖端SIF的计算精度,其计算结果随着网格密度的增加迅速收敛于精确解;双向梯度结构的组份分布形式和属性梯度能够明显影响裂纹尖端的SIF;对于多裂纹双向梯度结构,裂纹间的相互作用增大了裂纹尖端的SIF,弹性模量大的一侧SIF较大.
為瞭進一步改善梯度複閤材料力學分析及設計水平,推導瞭一種適用于雙嚮梯度複閤材料斷裂特性分析的梯度擴展單元法(XFEM).採用細觀力學方法描述材料沿梯度方嚮變化的力學屬性,通過線性插值位移場給齣瞭4節點梯度擴展單元隨空間位置變化的剛度矩陣,建立瞭結構的連續梯度有限元模型,併採用交互能量積分計算得到瞭裂紋尖耑的應力彊度因子(SIF).通過與已有文獻結果對比驗證瞭梯度擴展單元的優越性,併討論瞭雙嚮梯度結構中相關參數對SIF的影響規律,得到結論:梯度擴展單元能夠提高梯度材料中裂紋尖耑SIF的計算精度,其計算結果隨著網格密度的增加迅速收斂于精確解;雙嚮梯度結構的組份分佈形式和屬性梯度能夠明顯影響裂紋尖耑的SIF;對于多裂紋雙嚮梯度結構,裂紋間的相互作用增大瞭裂紋尖耑的SIF,彈性模量大的一側SIF較大.
위료진일보개선제도복합재료역학분석급설계수평,추도료일충괄용우쌍향제도복합재료단렬특성분석적제도확전단원법(XFEM).채용세관역학방법묘술재료연제도방향변화적역학속성,통과선성삽치위이장급출료4절점제도확전단원수공간위치변화적강도구진,건립료결구적련속제도유한원모형,병채용교호능량적분계산득도료렬문첨단적응력강도인자(SIF).통과여이유문헌결과대비험증료제도확전단원적우월성,병토론료쌍향제도결구중상관삼수대SIF적영향규률,득도결론:제도확전단원능구제고제도재료중렬문첨단SIF적계산정도,기계산결과수착망격밀도적증가신속수렴우정학해;쌍향제도결구적조빈분포형식화속성제도능구명현영향렬문첨단적SIF;대우다렬문쌍향제도결구,렬문간적상호작용증대료렬문첨단적SIF,탄성모량대적일측SIF교대.
