CN116029094A - 基于单元分裂技术的裂纹扩展仿真方法 - Google Patents
基于单元分裂技术的裂纹扩展仿真方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116029094A CN116029094A CN202211520053.7A CN202211520053A CN116029094A CN 116029094 A CN116029094 A CN 116029094A CN 202211520053 A CN202211520053 A CN 202211520053A CN 116029094 A CN116029094 A CN 116029094A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- crack
- unit
- node
- crack tip
- library
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明属于断裂力学技术领域，具体公开了一种基于单元分裂技术的裂纹扩展仿真方法，包括在裂纹尖端节点构建辅助库，筛选裂纹的分割单元及分割点；计算裂纹尖端节点指向所有临单元的中心点的方向，筛选待优化单元进行裂纹尖端节点优化；将分割点标记为新裂纹尖端节点，通过在新裂纹尖端节点、旧裂纹尖端节点及优化后裂纹尖端节点插入内聚单元，通过有限元方法，实现裂纹扩展。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于单元分裂技术的裂纹扩展仿真方法，属于断裂力学技术领域。
背景技术
材料和结构破坏会引起事故、甚至造成巨大生命财产损失,微裂纹的存在往往会导致材料和结构的破坏,裂纹的扩展路径以及变形过程往往还需要相应的数值计算手段，常用的断裂力学数值方法有奇异单元法、光滑有限元法、扩展有限元等方法。
在实际工程中，裂纹往往并不是单一的开裂方式，为了描述裂纹在复杂状态下的扩展行为，现有技术通常采用有限元方法、扩展有限元以及近场动力学方法等。目前在有限元方法中尚未公开关于单元分裂的技术，研究人员难以进行编程和实现裂纹扩展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于单元分裂技术的裂纹扩展仿真方法，解决传统有限元方法中，裂纹难以直接扩展的难题。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种基于单元分裂技术的裂纹扩展仿真方法，包括如下步骤：
在裂纹尖端节点构建辅助库，所述辅助库包括临节点库、临单元库、临边库及边界边；
基于辅助库，筛选裂纹的分割单元及分割点；
计算裂纹尖端节点指向所有临单元的中心点的方向，筛选待优化单元进行裂纹尖端节点优化；
将分割点标记为新裂纹尖端节点，通过在新裂纹尖端节点、旧裂纹尖端节点及优化后裂纹尖端节点插入内聚单元，形成裂纹扩展面。
进一步的，所述临节点库为与裂纹尖端节点直接相连成单元边的所有节点；
所述临单元库为具有裂纹尖端节点参与的单元；
所述临边库以裂纹尖端节点为起点，裂纹尖端节点的临点为终点建立。
进一步的，当裂纹的扩展方向介于临单元的两个临边方向之间时，该临单元为第一分割单元；与第一分割单元共有非临边的单元为第二分割单元；所述分割点为第一分割单元非临边与裂纹的扩展方向的交点。
进一步的，所述边界边包括第一边界边和第二边界边，在临边库中，从裂纹的扩展方向出发，顺时针方向首次出现的自由边为第一边界边，第二个出现的自由边为第二边界边；
所述待优化单元为临单元方向介于裂纹扩展方向及第二边界边方向之间的临单元。
进一步的，所述待优化单元进行裂纹尖端节点优化包括：
在原裂纹尖端节点位置生成一个新节点，将待优化单元中的裂纹尖端节点替换为新节点，所述新节点变形前后坐标与原裂纹尖端节点一致。
进一步的，所述裂纹扩展仿真方法还包括：插入内聚单元后不断更新新裂纹尖端节点的辅助库。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明提供了一种基于单元分裂技术的裂纹扩展仿真方法，通过在裂纹尖端节点构建辅助库，筛选待优化单元进行裂纹尖端节点优化，实现裂纹扩展仿真；
通过本发明公开的裂纹扩展仿真方法，进行裂纹扩展仿真简便快捷，可操作性强。
附图说明
图1是本发明实施例提供的单元分裂技术示意图；
图2是本发明实施例提供的裂纹扩展结果示意图，其中图a为裂纹扩展前，图b为裂纹扩展后的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一
本发明提供一种基于单元分裂技术的裂纹扩展仿真方法，实施步骤包括：
1）创建裂纹尖端节点的临节点库、临单元库、临边库以及确定边界边；
2）确定第一、第二分割单元以及分割点；
3）计算临单元方向，确定节点待优化单元，并优化节点连接关系。
4）插入内聚力单元并更新新裂纹尖端节点的临节点库、临单元库、临边库等辅助库。
步骤1）为了方便编程操作，首先需要针对裂纹尖端节点建立相应的辅助库。在仿真计算前，梳理网格中所有的单元边，记录单元边的节点组成。提取与裂纹尖端节点直接相连成单元边的所有节点，建立裂纹尖端节点的临节点库。
如图1所示，为本发明实施例提供的单元分裂技术示意图，图1中菱形标记的节点均为裂纹尖端节点A点的临点，该临点的建立过程如下：
首先梳理网格结构中所有的单元边，记录组成单元边的节点数据。以A点为例，当某点与A点一起参与构建单元边的点，该点即为A点的临点。
梳理网格中，以所有有裂纹尖端节点参与的单元，建立裂纹尖端节点的临单元库。
图1中以A点为组成节点的5个单元均为裂纹尖端节点A的临单元，以裂纹尖端节点为起点，裂纹尖端节点的临点为终点建立临边库，其中，临点指向的方向为临边方向。
在临边库中，寻找两个自由边，确定为边界边，并计算边界边的方向。且从裂纹扩展方向出发，沿着顺时针方向首先出现的边界边为第一边界边（图1(a)中的b_dir_1），接着出现的为第二边界边（图1(a)中的b_dir_2）。
步骤2），筛选裂纹尖端节点的临单元库，当裂纹扩展方向刚好介于临单元两个临边方向之间时，该临单元为第一分割单元(图1(b)中的AEG三角形单元)；再寻找所有单元中，与第一分割单元共有非临边的单元，此单元为第二分割单元(图1(b)中的EFG三角形单元)。第一分割单元非临边与裂纹扩展方向的交点为分割点(图1(b)中D点)。
后续步骤中，第一分割单元内部将产生新的裂纹面，而第二分割单元将带入新一轮的单元分裂计算。
步骤3），计算裂纹尖端节点指向所有临单元的中心点的方向，记作临单元的方向。筛选临单元方向介于裂纹扩展方向以及第二边界边方向之间的临单元，记作节点待优化单元(图1(c)中位于左上部位的3个三角形单元)。
在裂纹尖端节点位置生成一个新节点(图1(c)中A’点)，将节点待优化单元中的裂纹尖端节点替换成新节点，该新节点的变形前后坐标与裂纹尖端节点一致。。
步骤4），将分割点标记为新裂纹尖端节点，并计算新裂纹尖端节点的临节点库、临单元库、临边库等辅助库，往复循环，实现裂纹的持续扩展。
如图所示：利用新裂纹尖端节点、旧裂纹尖端节点及优化后裂纹尖端节点插入内聚单元(图1(D)中A、D、D以及A’四个节点)插入内聚单元，形成新的裂纹面A’D和AD。
图2为本发明实施例提供的裂纹扩展结果示意图，其中a为裂纹扩展前，b为裂纹扩展后的示意图，通过裂纹扩展前后网格的变化结果可知：通过本发明提供的基于单元分裂技术的裂纹扩展仿真方法，裂纹顺利地在一系列无序排列的三角形单元内部穿过，并将这些三角形单元分裂。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、系统、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于单元分裂技术的裂纹扩展仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：
在裂纹尖端节点构建辅助库，所述辅助库包括临节点库、临单元库、临边库及边界边；
基于辅助库，筛选裂纹的分割单元及分割点；
计算裂纹尖端节点指向所有临单元的中心点的方向，筛选待优化单元进行裂纹尖端节点优化；
将分割点标记为新裂纹尖端节点，通过在新裂纹尖端节点、旧裂纹尖端节点及优化后裂纹尖端节点插入内聚单元，形成裂纹扩展面。
2.根据权利要求1所述的一种基于单元分裂技术的裂纹扩展仿真方法，其特征在于，
所述临节点库为与裂纹尖端节点直接相连成单元边的所有节点；
所述临单元库为具有裂纹尖端节点参与的单元；
所述临边库以裂纹尖端节点为起点，裂纹尖端节点的临点为终点建立。
3.根据权利要求2所述的一种基于单元分裂技术的裂纹扩展仿真方法，其特征在于，当裂纹的扩展方向介于临单元的两个临边方向之间时，该临单元为第一分割单元；与第一分割单元共有非临边的单元为第二分割单元；所述分割点为第一分割单元非临边与裂纹的扩展方向的交点。
4.根据权利要求1所述的一种基于单元分裂技术的裂纹扩展仿真方法，其特征在于，所述边界边包括第一边界边和第二边界边，在临边库中，从裂纹的扩展方向出发，顺时针方向首次出现的自由边为第一边界边，第二个出现的自由边为第二边界边；
所述待优化单元为临单元方向介于裂纹扩展方向及第二边界边方向之间的临单元。
5.根据权利要求4所述的一种基于单元分裂技术的裂纹扩展仿真方法，其特征在于，所述待优化单元进行裂纹尖端节点优化包括：
在原裂纹尖端节点位置生成一个新节点，将待优化单元中的裂纹尖端节点替换为新节点，所述新节点变形前后坐标与原裂纹尖端节点一致。
6.根据权利要求1所述的一种基于单元分裂技术的裂纹扩展仿真方法，其特征在于，所述裂纹扩展仿真方法还包括：插入内聚单元后不断更新新裂纹尖端节点的辅助库。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211520053.7A CN116029094A (zh) | 2022-11-30 | 2022-11-30 | 基于单元分裂技术的裂纹扩展仿真方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211520053.7A CN116029094A (zh) | 2022-11-30 | 2022-11-30 | 基于单元分裂技术的裂纹扩展仿真方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116029094A true CN116029094A (zh) | 2023-04-28 |
Family
ID=86080290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211520053.7A Pending CN116029094A (zh) | 2022-11-30 | 2022-11-30 | 基于单元分裂技术的裂纹扩展仿真方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116029094A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003302331A (ja) * | 2002-02-08 | 2003-10-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | き裂進展解析方法及び装置 |
| CN110188420A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-08-30 | 华中科技大学 | 一种基于数值模拟的铸造热裂纹扩展预测方法 |
| CN110245376A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-09-17 | 合肥通用机械研究院有限公司 | 一种复合材料层裂二维计算方法 |
| CN110866350A (zh) * | 2019-09-16 | 2020-03-06 | 合肥通用机械研究院有限公司 | 一种裂纹尖端单元部分增强的扩展有限元方法 |
-
2022
- 2022-11-30 CN CN202211520053.7A patent/CN116029094A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003302331A (ja) * | 2002-02-08 | 2003-10-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | き裂進展解析方法及び装置 |
| CN110245376A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-09-17 | 合肥通用机械研究院有限公司 | 一种复合材料层裂二维计算方法 |
| CN110188420A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-08-30 | 华中科技大学 | 一种基于数值模拟的铸造热裂纹扩展预测方法 |
| CN110866350A (zh) * | 2019-09-16 | 2020-03-06 | 合肥通用机械研究院有限公司 | 一种裂纹尖端单元部分增强的扩展有限元方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HUIRU CUI: "Numerical simulation of crack propagation in solid propellant with extrinsic cohesive zone model", 《MECCANICA》, pages 1617 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114065357A (zh) | 一种基于Revit的节段拼装桥梁建模方法及系统 | |
| CN104572201A (zh) | 一种基于三维模型的航天器总装信息变更系统及变更方法 | |
| CN112257150B (zh) | 基于bim建模的筏形基础板带加强筋精细化算量的方法 | |
| KR20130049753A (ko) | 덱셀들에 의해 표현되는 모델링된 볼륨의 설계 | |
| CN104809231A (zh) | 一种基于Hadoop的海量web数据挖掘方法 | |
| CN117150858B (zh) | 含裂纹连续纤维增强树脂基复合材料三维有限元建模方法 | |
| CN110211234A (zh) | 一种网格模型缝合系统和方法 | |
| CN113656875A (zh) | 一种bim模型轻量化实现方法 | |
| CN116029094A (zh) | 基于单元分裂技术的裂纹扩展仿真方法 | |
| CN114429535A (zh) | 一种三角网格曲面的光滑裁剪方法及装置 | |
| CN110503727B (zh) | 一种cad任意多段线批量快速拼接方法 | |
| CN105894021B (zh) | 一种基于工艺知识的相同加工特征的匹配方法 | |
| CN112942837A (zh) | 一种悬挑结构混凝土3d打印方法及系统 | |
| CN108170989B (zh) | 基于bim技术的工程施工模型导出方法 | |
| CN117235844A (zh) | 基于Dynamo插件的隧道BIM模型参数化建模方法 | |
| CN101354710B (zh) | 一种线段求交的方法及装置 | |
| Li | Brief analysis of the application and limitation of BIM in project life cycle management | |
| CN113689568B (zh) | 一种基于云端渲染的三维效果图高精度建模方法 | |
| CN115795961B (zh) | 一种沿网格边界裂纹扩展有限元方法 | |
| CN112419178A (zh) | 破洞修复方法、终端设备及计算机可读存储介质 | |
| CN107133379B (zh) | 特高压塔架柱建模系统及方法 | |
| CN108170987B (zh) | 基于bim技术的pbs结构自动挂接方法 | |
| CN107832537B (zh) | 一种复杂形式残余应力的数值模拟方法 | |
| CN111590265A (zh) | 基于激光扫描技术的模具修复方法 | |
| CN104461780A (zh) | 一种释放数据块的方法及装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |