模拟混合加载和重载下疲劳裂纹扩展的内聚XFEM模型

结构承受的循环载荷可以改变方向和幅度，导致恒幅I模态模拟过于简单。本研究提出了一种新的韧性材料疲劳裂纹扩展的方法，该方法可以捕获混合模式加载和过载。采用扩展有限元法处理任意裂纹路径。此外，采用自适应网格划分来减少计算时间。物理裂纹尖端前的断裂过程区由内聚力表示，从中可以提取弹塑性材料的能量释放率和应力强度因子。因此，该方法与计算疲劳裂纹扩展速率的经验关系式Paris方程是一致的。比较了两种不同的内聚力计算模型。第一种采用具有静态内聚规律的内聚区模型。第二种模型是基于界面厚水平集方法，在该方法中，摩擦力来自给定的损伤剖面。两种模型均与I型分析关系和混合模态实验结果吻合较好。此外，所提出的模型可以捕捉到由于过载导致的裂纹扩展迟滞。