《基於自然單元法的三維非平面裂紋擴展模擬和試驗研究》是依託河海大學，由章青擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於自然單元法的三維非平面裂紋擴展模擬和試驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：章青
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
三維裂紋擴展模擬具有廣泛的工程背景，是學術界和工程界極為關注的熱點問題之一。套用傳統有限元法分析三維裂紋擴展時存在格線重構等困難，尚未得到很好解決。自然單元法(NEM)採用自然鄰點插值方法構造近似函式和試函式，與無格線伽遼金法(EFGM)和再生核質點法(RKPM)等其它無格線法相比，可以方便準確施加邊界條件和容易處理場變數及其導數的不連續性，兼具了無格線法的特性和有限元法的優點。本項目擬採用自然單元法並結合試驗手段對三維裂紋擴展問題進行系統深入的研究。具體包括：非凸邊界上三維自然單元法形函式及其導數計算﹑裂紋面模擬和更新算法﹑三維應力強度因子計算﹑不連續場量的引入和縫尖位移場增強技術﹑裂紋擴展準則的理論和試驗方法等一系列套用基礎性研究。以期開發出具有較高計算效率和方便實用的模擬三維非平面裂紋擴展的計算軟體。研究成果具有廣闊的套用前景，對推動相關學科的發展也有重要的科學意義。
結題摘要
裂紋擴展模擬具有廣泛的工程背景，是學術界和工程界極為關注的熱點問題之一。套用傳統有限元法分析三維裂紋擴展時存在格線重構等困難，尚未得到很好解決。自然單元法(NEM)採用自然鄰點插值方法構造近似函式和試函式，與無格線伽遼金法(EFGM)和再生核質點法(RKPM)等其它無格線法相比，可以方便準確施加邊界條件和容易處理場變數及其導數的不連續性，兼具了無格線法的特性和有限元法的優點。本項目主要採用自然單元法對三維裂紋擴展問題進行系統深入的研究。具體包括：非凸邊界上三維自然單元法形函式及其導數計算﹑裂紋面模擬和更新算法﹑三維應力強度因子計算﹑不連續場量的引入和縫尖位移場增強技術﹑裂紋擴展準則等一系列套用基礎性研究。以期開發出具有較高計算效率和方便實用的模擬三維非平面裂紋擴展的計算軟體。研究成果具有廣闊的套用前景，對推動相關學科的發展也有重要的科學意義。 圍繞本項目的研究目標和研究內容，課題組三年來潛心研究，取得了以下成果：（1）提出了三維自然單元法形函式的計算，可以對三維情形下各種類型的邊界情況進行有效地處理，實現了近似函式在邊界上的線性變化以方便準確施加本質邊界條件；（2）採用Level-set方法對三維裂紋面進行描述，提出了高效實用的處理裂紋擴展的更新算法；（3）在單位分解框架下將縫尖漸進位移場函式嵌入到增強的位移模式中，提高了對裂紋問題的模擬精度；（4）套用區域形式的相互作用能量積分方法計算三維裂紋前沿應力強度因子，提出了曲線裂紋前沿輔助場函式及其導數的有效計算方法；（5）建立了新的三維裂縫擴展準則；（6）開發了一個具有較高計算效率的模擬三維非平面裂紋擴展的自然單元法計算軟體，並套用於工程實踐。 本項目高質量地完成了研究任務並有所超額。共發表論文50篇（期刊論文33篇，國內外會議論文17篇），其中，SCI檢索文章8篇、EI檢索文章23篇。共有28人次參加了16次國內外學術會議，進行了較為廣泛的學術交流。培養博士後1名，博士生3名，碩士生4名。本項目的研究成果還參與申報了科技進步獎，分別獲得2010年水力發電科學技術獎特等獎、2010年河南省科學技術進步獎三等獎以及2011年水力發電科學技術獎一等獎。
