Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...

Статьи Чертежи Таблицы О сайте Реклама
Решение задач механики деформируемого тела для областей с разрезами (трещинами) связано с известными математическими трудностями вследствие наличия особых (сингулярных) точек. Большинство этих задач эффективно может быть решено только с применением ЭВМ. Среди вычислительных методов в задачах механики разрушения в настоящее время наиболее широкое распространение получил метод конечных элементов (МКЭ). Произошло это вследствие универсальности метода, хорошо разработанной теории и наличия значительного количества вычислительных программ, реализующих МКЭ. Немаловажным обстоятельством является то, что конечный элемент представляет собой объект хорошо понятный инженеру, что особенно полезно при моделировании таких явлений, как развитие трещины.

ПОИСК



Метод конечных элементов в механике разрушения

из "Механика упругопластического разрушения "

Решение задач механики деформируемого тела для областей с разрезами (трещинами) связано с известными математическими трудностями вследствие наличия особых (сингулярных) точек. Большинство этих задач эффективно может быть решено только с применением ЭВМ. Среди вычислительных методов в задачах механики разрушения в настоящее время наиболее широкое распространение получил метод конечных элементов (МКЭ). Произошло это вследствие универсальности метода, хорошо разработанной теории и наличия значительного количества вычислительных программ, реализующих МКЭ. Немаловажным обстоятельством является то, что конечный элемент представляет собой объект хорошо понятный инженеру, что особенно полезно при моделировании таких явлений, как развитие трещины. [c.82]
Здесь малыми буквами обозначены соответствующие локальные величины. [c.83]
Здесь [В] — матричный дифференциальный оператор, [О] — матрица упругости, бт. — вектор термических или других начальных деформаций. [c.83]
При решении нелинейных задач уравнение (13.1) записывают в форме приращений, а решение получают последовательным суммированием ряда приращений, полученных на каждом шаге счета. [c.84]
Далее рассмотрим особенности применения МКЭ в линейной и нелинейной механике разрушения. [c.84]
Здесь г, 0 — полярные координаты точки /ц, с()ц, Fi, — комбинации тригонометрических функций. Сопоставление полей перемещений (13.2), (13.3), с перемещениями (13.4) показывает, что при использовании линейных элементов трудно ожидать быстрой сходимости к точному решению. [c.85]
Поскольку перемещения g пропорциональны р, то достигнуто желаемое распределение перемещений. Смещением промежуточного узла можно продолжить моделирование асимптотики перемещений и в элементах, неносредствепно не примыкающих к вершине трещины [166]. [c.86]
Коэффициенты Сп, определяются перемещениями узлов элемента п, следовательно, число членов разложения равно числу узлов элемента. ] едостатком таких элемептов является несовместность перемещений прп их стыковке с обычными элементами, имеющими полиномиальные интерполирующие функции. [c.87]
Преодолеть этот недостаток можно с помощью матрицы жесткости, получаемой па основе смешанного вариационного принципа, когда вводятся независимые функции перемещений внутри элемента и на границе [350]. [c.87]
Специальный сингулярный элемент с вершиной трещины. [c.87]
Процедура построения трехмерных сингулярных элементов аналогична двумерному случаю. При этом моделирование асимптотики осуществляется в плоскости, перпендикулярной фронту трещины, а элементы чаще всего имеют вид трехгранной призмы [421]. [c.88]
Определение коэффицие 1тов интенсивности напряжений. Все известные способы вычисления коэффициентов интенсивности напряжений можно разделить на асимптотические и энергетические. Вначале рассмотрим способы вычисления Ki на примере симметричной деформации берегов трещины, а в дальнейшем обобщим эти методы на случаи плоских несимметричных трещин и трехмерных задач. [c.88]
Расчет Ki с приемлемой точностью без использования специальных элементов предполагает такие мелкие сетки, что становится очевидной необходимость лучшего моделирования напряженно-деформированного состояния в окрестности вершины. На начальном этане использования МКЭ в механике разрушения предпринимались попытки обойтись без специальных элементов в прямых методах (например, двухступенчатый расчет на грубой сетке определяются перемеп] ения для всего тела, затем рассчитывается малая область у вершины трещины с граничными условиями, полученными из первого расчета). Однако это не нашло широкого распространения из-за сложности достижения требуемой точности. [c.89]
Поскольку обычно напряжения вычисляют путем дифференцирова-пня перемещений, то первая формула (13.8) дает большую погрешность чем вторая. Поэтому почти всегда асимптотические методы основывают на перемещениях п стремятся повысить точность результата за счет различных процедур экстраполяции. [c.89]
Здесь I — длина краевой трещины или полудлина внутренней трещины. Поправка r/(2Z) позволяет улучшить значения К , определяемые по перемещениям узлов, отстоящих па некотором расстоянии от вершины трещины. [c.90]
Здесь потенциальная энергия записана для одного конечного элемента, а для всего тела ее можно получить простым суммированием по элементам или переходом но правилам сборки от локальных к глобальным величинам. [c.90]
В дальнейшем при закрытии трещины перемещения тела будут определяться суммированием исходного поля с полями перемещений от нескольких вспомогательных сил Fu величины которых являются решением системы линейных алгебраических уравнений. [c.91]
Для вычисления коэффициента интенсивности напряжений можно также использовать /-интеграл (см. (8.6)). [c.92]
Здесь S — площадь внутри контура, а — коэффициент термического расширения, Т — температура. [c.92]


Вернуться к основной статье

© 2025 Mash-xxl.info Реклама на сайте