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基于弹塑性扩展有限元的铸铁试件裂纹扩展断裂分析

计算力学在工程中的应用 > 断裂、疲劳与损伤等行为研究

大多数工程材料在断裂过程中，裂尖都会出现一定的塑性屈服区，因此只有采用弹塑性断裂分析的方法才能更为合理准确地揭示材料的断裂机制，描述裂纹的扩展全过程。本文基于ABAQUS有限元分析平台，采用Matlab和Fortran自行编制了弹塑性扩展有限元用户自定义单元程序。采用弹塑性扩展有限元方法，对单边裂纹铸铁平板试件的单轴拉伸行为进行了模拟。采用等效积分区域法和交互积分法，分别对裂尖附近的J积分进行了计算，分析了网格尺寸和计算方法对J积分计算精度的影响，并与ABAQUS计算的J积分结果进行了精度对比。实时计算了每个增量步的J积分，分析了裂纹扩展长度与J积分的关系。基于最大应力准则、最大应变准则、J积分断裂准则分别对含不同裂纹长度单边裂纹铸铁试件的非线性拉伸变形过程和裂纹动态断裂行为进行了模拟，结果表明J积分断裂准则预测的弹塑性载荷位移曲线与试验结果最为接近。