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基于StressCheck的高阶有限元法和围线积分法计算边缘裂纹板的应力强度因子

断裂力学;应力强度因子; 高阶有限元法; 围线积分法;边缘裂纹板.

计算力学在工程中的应用 > 断裂、疲劳与损伤等行为研究

应力强度因子(SIFs)是经典线弹性断裂力学(LEFM)中的三个重要参数之一，它用来描述裂纹尖端应力场的强弱。应力强度因子的计算在诸如航空航天工程和汽车工业等工业结构及材料损伤评估领域具有重要意义。传统有限元法由于采用的是低阶插值，因此传统有限元法在计算应力强度因子时，表现为需要较多的网格数和较小的单元尺寸，其收敛速度相对较慢，所得数值解的精度也相对较低。目前，高阶有限元法的理论基础已经完整建立，其误差估计也已得到。本文运用美国ESRD(Engineering Software Research and Development)公司开发的基于高阶有限元法的商业软件StressCheck作为计算工具，求解了剪切型边缘斜裂纹板和双边缘裂纹板的应力强度因子。并将计算结果与文献中使用其他数值计算方法如改进的有限元法，特殊权函数法及指数矩阵法(EMM)计算所得的应力强度因子进行了对比分析，验证了本文所用方法的有效性及计算精度，结果表明高阶有限元法和围线积分法具有网格划分少，收敛速度快，误差较小 ，前处理少和稳定性较好的优点。