93 / 2021-04-01 16:40:30

板壳断裂的非线性增强有限元法

板壳、增强有限元、非线性断裂、大变形

       在实际工程中，板壳是广泛应用的一种结构，如各种飞行器和舰船的舱体、压力容器的壁面、建筑物的穹顶等。因为板壳结构受力及变形的复杂性，对其理论解析一般是在简单载荷和结构范围之内，而其断裂力学的理论研究更颇为有限。因此，板壳断裂力学的计算方法一直是计算力学领域前沿而且有挑战性的方向。本文提出基于非线性增强有限元的板壳断裂数值计算方法。首先，针对材料结构的任意演化强非连续变形及其破坏行为，提出和开发了非线性增强有限元（N-AFEM）的断裂数值计算方法。该方法在增强有限元法的理论体系下，通过在单元开裂面上引入数学节点描述裂纹位移，并在单元层次上由增量-迭代法予以求解，进而采用增量形式的非线性凝聚策略消除额外自由度，从而实现对单元内部强不连续位移场的有效描述。其次，开发了描述大变形板壳结构断裂的非线性、类壳结构的粘聚区域裂纹模型。该裂纹模型具有壳体的运动学特征，同时可以描述空间三维裂纹的萌生和扩展过程，从而实现了对板壳结构在复杂载荷作用下裂纹任意扩展的高保真数值求解。最后，通过对典型板壳结构非线性断裂过程的准确分析和模拟，证明了该方法的高效性和鲁棒性