基于柔度法的开口角隅试样裂纹扩展数值计算

余建星^1,2，陈佰川^1,2，王华昆^1,2，余杨^1,2，王昭宇^1,2

1. 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室2. 天津大学天津市港口与海洋工程重点实验室

摘 要：开口结构的角隅区域由于几何不连续易产生应力集中,复杂工况下的循环交变应力使角隅区域的损伤逐渐累积而产生疲劳裂纹,影响结构的整体安全和正常运行。针对开口角隅区域裂纹扩展问题,依次建立自主设计的开口角隅试样二维和三维模型,并分别采用常规有限元法和扩展有限元法(XFEM)进行数值模拟。最终得到3种不同计算方法的裂纹尖端应力强度因子K,并基于柔度法换算得到裂纹长度与应力强度因子间的显式关系式。结果表明:圆角半径对裂纹扩展影响不大,研究成果可为开口结构角隅区域的裂纹扩展特性研究提供理论依据和试验基础。

关键词：开口角隅;柔度法;裂纹扩展;应力强度因子;XFEM;