基于XFEM的裂纹扩展分析

【摘要】扩展有限单元法（XFEM，ExtendedFiniteElementMethod）由于采用具有不连续性质的扩充形函数基来代表间断，因此不连续场的描述可以完全独立于网格边界，从而使XFEM可以方便的模拟裂纹等间断问题和孔洞、夹杂等非均质材料。此外，XFEM可以利用已知解析解来构造形函数基，从而可以在较粗的网格上也能得到较准确解答，提高了工作效率。本文基于这些优点，将一种显隐性结合描述裂纹的方法引入到XFEM中，从而较为形象的实现了裂纹扩展的模拟。所做工作如下：(1)介绍了XFEM与一种显隐性结合来描述裂纹的方法，阐述了扩充函数的构造和扩充节点集的判别方法，总结了相关线弹性断裂力学和断裂动力学的理论知识。(2)根据线弹性断裂力学和XFEM相结合，实现了对常见裂纹的静态数值模拟，验证了本文方法的可靠性。对强间断和弱间断问题进行了准静态裂纹扩展数值模拟，研究了夹杂物、孔洞等情况下裂纹的扩展。(3)使用XFEM对Ⅰ型裂纹、Ⅱ型裂纹以及Ⅰ、Ⅱ复合型裂纹进行了疲劳裂纹数值模拟分析，通过引入温度场构造残余应力场实现了在残余应力场存在的状态下对Ⅰ型裂纹、Ⅱ型裂纹以及Ⅰ、Ⅱ复合型裂纹进行了疲劳裂纹数值模拟分析，并通过两者比较研究了残余应力场对疲劳裂纹扩展规律和裂纹开裂角的影响。(4)采用传统有限元方法对啮合齿轮进行了应力分析，得到了需要通过XFEM进行改进单元的位置。在此基础上，使用XFEM研究了过载情况下渐开线齿轮齿根裂纹的扩展规律和不同转矩、旋转角度对裂纹扩展的影响。(5)采用XFEM与断裂动力学相结合的方法，实现了动态裂纹的模拟分析并验证了可靠性。
【作者】刁浩峰；
【导师】周迅；
【作者基本信息】浙江理工大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】XFEM；静态裂纹扩展；疲劳裂纹扩展；残余应力场；动态裂纹扩展；

【参考文献】
[1]唐然.微信公众平台著作权侵权行为及责任认定[D].北京外国语大学,知识产权法,2014,硕士.
[2]周泽云,王青海.基于B/S模式的分布式训练管理系统的设计与实现[J].计算机工程与设计,2005,01:202-204.
[3]丁勇.研究生学籍学历管理信息系统的研究与开发[D].西安电子科技大学,信号与信息处理,2003,硕士.
[4]袁堂朋.基于用户行为模式的Web日志挖掘模型的研究与实现[D].南京邮电大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[5]陈勇,潘益菁,王亚良,鲁建厦.多态性作业车间鲁棒调度CA-GA建模[J].浙江工业大学学报,2014,02:124-131+141.
[6]孙龙菲.协作过滤推荐算法的稀疏性问题研究[D].海南大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[7]马艳.苦皮藤再生体系的建立及超声生物学效应的研究[D].陕西师范大学,植物学,2004,硕士.
[8]王谊广.《江苏电信风险管理条例》管理系统的研究与实现[D].南京理工大学,计算机技术,2011,硕士.
[9]牛姝.生物选择压在颗粒污泥形成作用[D].吉林大学,劳动卫生与环境卫生,2014,硕士.
[10]周杨.休眠公司债权人利益保护问题研究[D].首都经济贸易大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[11]张敏.基于移动机器人视觉的道路异物检测方法研究[D].沈阳理工大学,检测技术与自动化装置,2012,硕士.
[12]钟鹏飞.老年髋部骨折行全髋关节置换术预防性抗凝用药时机的初步探讨[D].大连医科大学,外科学,2012,硕士.
[13]张忠英.非营利组织营销问题研究[D].吉林大学,企业管理,2004,硕士.
[14]魏巍.我国收养制度完善若干问题研究[D].河北大学,法律,2014,硕士.
[15]贾俊卿.不同成长性上市公司现金流量和现金股利的实证研究[D].大连理工大学,会计学,2004,硕士.
[16]王婷.高中数学课堂问题链的设计[D].扬州大学,课程与教学论（专业学位）,2012,硕士.
[17]蔡俊.综合科学课程的学生学业评定研究[D].安徽师范大学,教育学原理,2004,硕士.
[18]尹逊和,薛月菊,冯汝鹏,陈丽红.Rossler系统的混沌控制[J].控制与决策,2000,05:605-608.
[19]乔瑞.三联联合益生菌与三联治疗幽门螺杆菌阳性十二指肠溃疡的疗效观察[D].延安大学,内科学,2014,硕士.
[20]刘晶晶.面向汽车操纵稳定性的人椅系统动力学模型研究与参数识别[D].重庆大学,车辆工程（专业学位）,2014,硕士.
[21]陆佳漪.延安新秧歌运动—新秧歌舞蹈的特点和功能[D].沈阳音乐学院,舞蹈学,2013,硕士.
[22]黄博.60W双管正激电源的数字与模拟控制研究[D].杭州电子科技大学,电路与系统,2013,硕士.
[23]范昕宇.取回权制度在破产法上的运用[D].吉林大学,民商法学,2004,硕士.
[24]包薇.基层政府核心竞争力、绩效及其关系研究[D].重庆大学,行政管理,2014,硕士.
[25]阮腾.福建省农村剩余劳动力转移问题初探[D].华中师范大学,农村与区域发展,2014,硕士.
[26]唐晓超.矩阵值函数的极小化问题的若干理论与方法[D].长春工业大学,应用数学,2013,硕士.
[27]张伟.企业财务风险内部控制研究[D].华中科技大学,会计,2013,硕士.
[28]朱勇刚.无线传感器网络节能策略的研究[D].南京理工大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[29]申于夏.纳米炭材料的制备及其聚合物纳米复合材料[D].北京化工大学,2013.
[30]徐瀛.高校学生公寓动作模式研究[D].浙江大学,管理科学与工程,2003,硕士.
[31]韩旭.论商业贿赂行为的法律规制[D].华中师范大学,法律,2013,硕士.
[32]王云建.基于DM6446的车辆前方安全警示系统关键技术[D].杭州电子科技大学,计算机技术,2014,硕士.
[33]卢浩.超高层建筑施工质量管理绩效评价研究[D].重庆大学,管理科学与工程,2014,硕士.
[34]徐皓.金川县大小俄沟泥石流发育特征与治理工程研究[D].西南交通大学,地质工程,2014,硕士.
[35]赵士欣.一种新的粗糙集约简定义及其模糊扩展研究[D].河北大学,2004.
[36]夏晓鹏.XH公司市场营销策略设计[D].天津商业大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[37]朱磊.综合运输通道运输方式耦合协调性研究[D].长安大学,交通运输规划与管理,2014,硕士.
[38]杜红.网络游戏中一个AI行为决策系统的设计和实现[D].复旦大学,软件工程,2012,硕士.
[39]张臻.基于事故调查的行人损伤及保护研究[D].哈尔滨工业大学,车辆工程,2014,硕士.
[40]赵丹.有源纹波补偿反激型LED照明驱动电源[D].重庆大学,电气工程,2014,硕士.
[41]周建华.股票期权激励制度问题研究[D].苏州大学,企业管理,2003,硕士.
[42]刘谦.中小型民营企业的激励机制与薪酬管理体系的构建[D].新疆大学,工商管理,2013,硕士.
[43]施欢欢.新媒体环境下高校思想政治工作研究[D].复旦大学,思想政治教育,2012,硕士.
[44]章力.论高校实验室的开放[J].高等工程教育研究.1988(03)
[45]靳晓龙.我国职业教育校企合作现状与法律法规研究[D].西北大学,法学（专业学位）,2014,硕士.
[46]尹颖奇.高能效体域网生存期优化算法研究[D].吉林大学,信号与信息处理,2014,硕士.
[47]王冰雪.河北省普通高校课余体育训练管理现状及对策研究[D].河北师范大学,体育教育训练学,2012,硕士.
[48]韩慧超.陆地棉LTP家族基因的克隆与功能的初步研究[D].上海交通大学,植物学,2013,硕士.
[49]何瑞平.基于嵌入式和虚拟仪器技术的无线粮仓监测系统的设计与实现[D].西北大学,电路与系统,2014,硕士.
[50]李文娟,袁若,柴雅琴.酶的固载技术及纳米电化学酶生物传感器的研究进展[J].化学传感器,2011,02:1-10.