[发明专利]结构的多个平面中的裂纹传播的有限元建模和分析

权利要求书

1.一种用于预测包括多个层的结构中的裂纹的传播的设备(900)，所述设备(900)包括处理器(902)和存储可执行指令的存储器，所述可执行指令响应于由所述处理器(902)执行，使所述设备(900)至少：

产生或者接收所述结构的有限元模型(200、300、400)，其中所述多个层通过壳体或实体元素的网格来表示，所述壳体或实体元素的网格的各个壳体或实体元素利用节点(204)的集合，并且所述壳体或实体元素的网格在相应的多个正交的潜在裂纹平面中具有被定义在所述壳体或实体元素的网格的相邻壳体或实体元素之间的多个界面(206)；

遍及所述多个界面(206)定义界面元素(208)，各个界面元素(208)包括多个外节点对，所述多个外节点对之间具有节点集群，使得该界面元素(208)的至少一部分在所述多个界面(206)中的各个相应的界面内，各个外节点对的所述节点(204)与在该相应的界面的相反侧的所述相邻壳体或实体元素的相应的节点(204)重合，

其中，针对所述多个界面(206)中的各个相应的界面，所述节点集群中的各个节点跨越该相应的界面与所述节点集群中的相对节点结合，从而成为结合节点对，所述结合节点对的所述节点和相对节点与在该相应的界面的相反侧的所述相邻壳体或实体元素的相应的节点(204)重合；以及

在外部负载下执行所述有限元模型(200、300、400)的有限元故障分析，包括所述设备(900)被使得：

建立具有位于所述界面元素的所述节点集群处的尖端的裂纹；

在所述外部负载下计算所述节点集群的所述结合节点对的所述节点(204)之间的应变能量释放率；以及

基于如此计算出的所述应变能量释放率识别沿着所述界面元素(208)的所述裂纹的传播。

2.根据权利要求1所述的设备(900)，其中，所述多个界面(206)包括在三个相应的正交的潜在裂纹平面中的三个界面(206)，并且

其中，所述设备(900)被使得定义所述界面元素(208)包括所述设备(900)被使得定义各个界面元素(208)，所述各个界面元素(208)包括至少十二个外节点对，所述至少十二个外节点对之间具有八节点集群，并且

针对所述三个界面(206)中的各个相应的界面，所述八节点集群中的各个节点跨越该相应的界面与所述八节点集群中的相邻节点结合，所结合的节点(204)由此形成立方形状。

3.根据权利要求1或2所述的设备(900)，其中，所述设备(900)被使得定义所述界面元素(208)包括，针对所述多个界面(206)中的各个相应的界面，所述设备(900)被使得定义一系列界面元素(208)，使得一个界面元素(208)的至少一个外节点对被定位在相邻界面元素的结合节点对处。

4.根据权利要求1或2所述的设备(900)，其中，所述设备(900)被使得定义所述界面元素(208)包括所述设备(900)被使得定义所述界面元素(208)，使得各个结合节点对的所述节点(204)之间具有无限刚度，并且各个外节点对的所述节点(204)之间具有零刚度，并且

其中，所述设备(900)被使得识别所述裂纹的所述传播包括所述设备(900)被使得在所述裂纹传播通过的在所述界面元素内的各个结合节点对的所述节点(204)之间指派零刚度。

5.根据权利要求1或2所述的设备(900)，其中，所述结合节点对的所述节点(204)在所述裂纹的所述传播之前彼此重合，并且

其中，所述设备(900)被使得识别所述裂纹的所述传播包括所述设备(900)被使得：

识别至少一个结合节点对的所述节点(204)之间的所述裂纹的传播；并且响应于此，

拆散所述至少一个结合节点对的所述节点(204)，使得其节点(204)彼此不重合以对所述裂纹的传播进行建模。

6.根据权利要求1或2所述的设备(900)，其中，所述设备(900)被使得计算所述应变能量释放率包括所述设备(900)被使得：

计算结合节点对之间的至少一个力和所述界面元素的外节点对的所述节点(204)之间的位移；以及

至少部分地基于所述至少一个力和所述位移计算所述应变能量释放率。