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第22卷增刊2计算机辅助工程Vol.22Suppl.2

2013年10月ComputerAidedEngineeringOct.2013

航空航天

基于XFEM的折弯片断裂仿真

霍金东1，王涛2，柳占立2，由小川1，庄茁2

（1.清华大学航空宇航工程系，北京市100084；2.清华大学固体力学研究所，北京市100084）

摘要：采用ABAQUS的XFEM功能对折弯片的断裂问题进行仿真，断裂区为转角处的过渡

区域。转角处圆弧的半径影响裂纹的开裂的时间。裂纹的扩展路径具有任意性，细化网格下

裂纹扩展方向不稳定，会超出断裂区。一阶单元和一阶减缩积分单元的分析结果比较接近。

通用静态分析比动态隐式分析效率更高一些。在端部压力的作用下，折弯片约在1ms时间

内开裂，8ms完全断开。Cohesiveelement算法的裂纹路径较LEFM方法更平滑一些。

关键字：XFEM；断裂；网格；裂纹路径

中图分类号：V214.3文献标志码：B

BasedonXFEMfracturesimulationofbendingsheet

HUOjindong1,WANGTao2,LIUZhanli2,YOUXiaochuan1，

ZHUANGZhuo2

(1.Departmentofaeronauticsastronauticsengineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China;

2.InstituteofSolidmechanics,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

Abstract:WithABAQUSXFEMhelp,itiseffectivetosimulatethefractureproblemsofbending

sheet.Fractureoccursthroughthesheetcorner,asthetransitionarea.Thecurvatureofthearc

affectsthetimeofcracking.Thepropagationofthecrackisarbitrary,thusrefininggridsrenders

thedirectionofcrackunstable,evenirregularbeyondthefracturezone.TheAnalysisresultsof

first-orderelementandfirst-orderreducedintegralelementareidentical.Generalstaticanalysisis

moreefficientthandynamicimplicitanalysis.Underthepressure,bendingsheetstartstocrazeat

1ms，andbreakoffcompletelyat8ms.Crackpathofcohesiveelementmethodseemsmore

smooththantheLEFMmethods.?

Keywords:XFEM;fracture;grid;crackpath

0引言

XFEM是在有限元框架下，在包含不连

法[1]。有限元软件ABAQUS上实现了扩展

续边界的区域内，对有限元的位移近似函数有限元法功能，采用了一种预设虚节点法的

进行修正，并增加了对不连续边界的描述方扩展有限元法，对非连续位移场的表达不依

收稿日期：2013‐09‐07

作者简介：霍金东（1989—），男，河南信阳人，硕士研究生，研究方向为计算力学，(E-mail)hjd_2009@126.com，电话

通讯作者：由小川（1977—），男，河北秦皇岛人，副教授，硕导，博士，研究方向为飞行器结构设计

(E-mail)youxiaochuan@

计算机辅助工程2013

赖于单元边界，裂纹的开展不用依赖于网格金属片之间的过渡区域为圆弧连接，端部施

[2]。采用ABAQUS有限元功能模拟裂纹的

采用ABAQUS有限元功能模拟裂纹的

加有局部压力，上面的金属板施加转角位移，

动态扩展过程不需要进行网

格重构[3]。

如图1和图2所示。

v形槽折弯片为两面开槽的金属薄片，

图