黏弹性功能梯度材料裂纹问题的有限元方法

摘要：

针对组分材料体积含量任意分布的黏弹性功能梯度材料裂纹问题建立有限元分析途径.通过Laplace变换,将黏弹性问题转化到象空间中求解,基于反映材料非均匀的梯度单元和裂纹尖端奇异特性的奇异单元计算象空间中的位移、应力和应变场,应用虚拟裂纹闭合方法得到应变能释放率,分别由应力和应变能释放率确定应力强度因子.给出这些断裂参量在物理空间和象空间之间的对应关系,由数值逆变换求出其在物理空间的相应值.文中分析两端均匀受拉的黏弹性边裂纹板条,首先针对松弛模量表示为空间函数和时间函数乘积的特殊梯度材料进行计算,结合对应原理验证方法的有效性.然后分析组分材料体积含量具有任意梯度分布的情形,由Mori-Tanaka方法预测象空间中的等效松弛模量.计算结果表明,蠕变加载条件下,应变能释放率随时间增加,其增大程度与黏弹性组分材料体积含量相关.由于梯度材料的非均匀黏弹性性质,产生应力重新分布,导致应力强度因子随时间变化,其变化范围与组分材料的体积含量分布方式有关.

关键词：黏弹性梯度材料、象空间、梯度有限元、虚拟裂纹闭合方法、应力强度因子、应变能释放率

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分类号：O034

资助基金：湖南省自然科学基金资助项目11JJ3001.The project was supported by the Natural Science Foundation of Hunan Province 11JJ3001

在线出版日期：2013-07-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：359-366