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离散元与有限元面内耦合算法的研究及应用

余洁冰  
【摘要】:随着科技的高速发展,混凝土、陶瓷、玻璃等脆性材料已广泛应用于国民经济生产中。目前,各种自然灾害频繁发生,给人类带来了不可避免的灾难。为尽量减小这些灾害所带来的各种影响,对于脆性材料在动态载荷作用下的损伤、破坏等问题的研究已迫在眉睫。本文在前人研究成果的基础上,结合固体力学、材料力学、弹塑性力学等力学知识,着眼于汽车前挡玻璃的局部破坏问题的数值分析进行研究,对其弹性范围内冲击响应过程进行仿真分析。 论文主要完成了以下工作: 一、基于汽车夹层玻璃的局部破坏问题,本文提出用三维立方排列离散元与有限元进行面内耦合分析。对前人提出的三维立方排列连结型离散元模型的刚度系数进行了校正,提高了这种模型弹性范围内的计算精度,并通过数值实验验证了其可靠性。 二、本文在前人提出的三维密排六方排列离散元与有限元层间耦合的基础上,提出了三维立方排列离散元与有限元面内耦合的模型,并将离散元与有限元节点固结的耦合方式发展为离散元与有限元面心固结的耦合方式,并通过算例验证了其有效性。 三、为了以后可用于夹层玻璃局部破坏问题的仿真分析,本文在所提出的离散元与有限元面内耦合算法的基础上,将其扩展至三维立方排列离散元与有限元的层间/面内耦合算法,并在弹性范围对夹层玻璃模型进行分析,验证了其计算精度。 研究结果为脆性材料特别是夹层玻璃的局部破坏问题提供了理论基础。


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