拡張有限要素法(X-FEM)による二次元任意形状き裂の数値解析に関する研究

二维任意形状裂纹扩展有限元法（X-FEM）数值分析研究

基本信息

批准号：
08J04311
负责人：
柴沼一樹
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

(1)XFEMは従来のFEMの枠組みにおいて,局所的にエンリッチメントと呼ばれる不連続性や特異性を含む高度な近似を構成する手法であるが,その定式化の性質上,このエンリッチメントを部分的に含む要素(blending elements;BE)が不可避的に存在し,その内部の近似法により近似精度(解の収束性)が低下することが指摘されていた.本研究では,従来のXFEMの不完全性を理論的に証明した.さらに,XFEMの定式化におけるPUの導入法の再検討を行うことでXFEMの再定儀としてPU-XFEMを提案し,理論誤差解析によりBEの問題の本質的な解決を示した.(2)汎用FEM解析ソフトウェアに対し,上記のPU-XFEM近似を実装することで,3次元構造体に発生した板厚方向貫通き裂を対象とした疲労き裂進展シミュレーションが可能となる解析コードの開発を行った,具体的には,代表的なFEM解析ソフトウェアであるABAQUSに対し,新たに(i)Pu-XFEM近似の導入,(2)応力拡大係数の算出,疲労き裂進展方向・進展速度の評価およびき裂形状の更新,(3)解析コード全体のフローの制御,をおこなうプログラムを追加することにより,疲労き裂進展解析コードの開発を行った。鈑桁橋中間横桁に発生した疲労き裂およびバルブリプ鋼床版試験体疲労試験に対し,本解析コードによるシミュレーションとの比較を行った結果,疲労の進展経路を精度良く再現することができ,進展寿命に関しても進展の停留の推定を含め十分な実用性を有していることを示した.

(1) 在传统的有限元框架中，XFEM 是一种构造高级近似的方法，其中包括局部丰富的不连续性和奇点，但由于其公式的性质，这种丰富部分是包含（混合）的元素已经指出，由于内部近似方法，近似精度（解收敛）会降低。此外，在 XFEM 的公式中。通过重新考虑引入PU的方法，我们提出了PU-XFEM作为XFEM的重新表述，并通过理论误差分析展示了BE问题的本质解决方案（2）对于通用FEM分析软件，通过实现上述PU-XFEM。 XFEM 近似,我们开发了一种分析代码，可以对三维结构中发生的全厚度裂纹进行疲劳裂纹扩展模拟。具体来说，我们开发了一种分析代码，可以对三维结构中发生的全厚度裂纹进行疲劳裂纹扩展模拟。另一方面，我们新添加了(i)Pu-XFE。通过引入M近似，(2)计算应力强度因子，评估疲劳裂纹扩展的方向和速度，更新裂纹形状，(3)控制整个分析代码的流程，，疲劳裂纹扩展分析代码被开发出来。通过将板梁桥中间横梁中出现的疲劳裂纹和阀唇钢桥面板试件的疲劳试验与使用该分析代码进行的模拟进行比较，我们能够准确地再现疲劳进展路径，结果表明：该方法在寿命方面具有足够的实用性，包括对进展停滞的估计。