近场动力学与有限元耦合方法研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:sdlnf
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材料断裂破坏造成的经济损失越来越严重,急需一种高效又准确的方法来研究断裂破坏,从而减小经济损失。传统的连续介质力学方法涉及位移的空间微分方程,而这种微分方程在位移不连续处导数没有定义,造成奇异性。新兴的近场动力学方法是基于非局部思想通过求解空间积分方程,因它不涉及位移的空间微分,在不连续处仍有定义,不存在奇异性。由于近场动力学方法是非局部作用会导致此方法计算效率低下、计算精度不高、边界效应显著、尤其是应力边界无法施加等难题严重制约着近场动力学方法在工程中的应用。所以将近场动力学方法与传统连续介质力学方法结合起来(比如有限元),在问题关心区域应用近场动力学方法,而在其它区域应用连续介质力学方法,这样一方面近场动力学可以利用连续介质力学的相关理论,另一方面可以提高计算效率。本文对近场动力学理论进行了有限元离散化,将它与传统有限元方法结合,在有限元框架下进行求解,这样为近场动力学在工程中的应用提供了可能。本文首先是对键基近场动力学理论进行研究,提出了键基近场动力学的有限元化离散方法,并通过二维平板纯拉伸和纯剪切两种工况以及预置初始裂纹的算例检验键基近场动力学耦合算法的正确性。因为键基近场动力学方法会有泊松比的限制:二维1/3;三维1/4,又针对其不足研究了态基近场动力学方法,因态基近场动力学方法每个“键”本构力依靠端点近场域范围内所有键的协调,这样就更造成计算模拟耗时,将态基近场动力学方法与有限元耦合,会一定程度上解决这一难题。近场动力学解决断裂问题在整个模型求解,会非常耗时,本文应用一种自适应耦合局部/非局部模型的方法模拟断裂问题,将有“键”损伤的单元替换为不连续伽辽金单元,通过裂纹裂尖的运动不断的修正耦合函数,从而自适应地调整近场动力学模型的应用区域,用以不断地模拟裂纹扩展。
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