(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211282030.7 (22)申请日 2022.10.19 (71)申请人 郑州轻工业大 学 地址 450040 河南省郑州市高新 技术产业 开发区科 学大道136号 申请人 河南黄河旋风股份有限公司 　 河南黄河田中科美 压力设备有限公 司 (72)发明人 谢贵重　赵重卯　陈志强　李轲　 王良文　李浩　武玺旺　高峰　 鲁海霞　曹河周　何文斌　杜文辽　 钟玉东　高艺源　吴珍珍　 (74)专利代理 机构 北京哌智科创知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11745 专利代理师 张元媛(51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于自适应扩展有限元的六面顶压机裂纹 扩展计算方法 (57)摘要 本发明针对金刚石压机铰链梁结构裂纹扩 展问题， 提出了基于自适应扩展有限元的精确计 算方法。 首先， 借助网格划分软件进行铰链梁结 构模型离散， 划分网格。 其次， 构建铰链梁结构的 扩展有限元数学模型， 引入裂尖加强函数描述裂 纹尖端物理场性质， 进行积分方程求解， 获得裂 纹尖端的位移、 应变和应力； 再次， 构建自适应网 格重构技术， 通过裂纹尖端误差估计， 细化裂纹 尖端区域网格， 提高裂纹尖端位移、 应变和应力 计算精度。 最后， 使用相互作用 积分计算裂尖应 力强度因子， 通过最大环向拉应力准则判断裂纹 扩展的路径方向。 权利要求书2页 说明书13页 附图2页 CN 115495963 A 2022.12.20 CN 115495963 A 1.一种基于自适应扩展有限元的六面顶压机裂纹扩展计算方法， 其特征在于， 所述方 法包括如下步骤： S1： 基于建模软件建立铰链梁结构的物理模型， 包括结构的特征尺寸、 裂纹的位置、 尺 寸； S2： 进行铰链梁结构的网格划分， 输入裂纹尖端的位置； 确定裂纹 的起点和尖端； 通过有限元软件或网格划分软件对铰链梁结构模型进行网格 划分， 对裂纹附近区域划分较为细致的网格， 对其他区域划分均匀网格， 提取网格单元和节 点， 将两个区域的网格密度高度匹配来保证网格的合理性； S3： 基于扩展 有限元法求 解铰链梁结构有限元积分方程； S4： 通过相互作用积分法求 解铰链梁结构裂纹应力强度因子； S5： 基于自适应技 术对扩展有限元法进行改进； S6： 确定铰链梁结构模型中裂纹扩展路径。 2.如权利要求1所述的一种基于自适应扩展有限元的六面顶压机裂纹扩展计算方法， 其特征在于， 步骤S3具体为： S3.1： 引入加强函数； S:3.2： 建立控制方程； S3.3： 引入虚功原理推导铰链梁结构有限元积分方程弱形式， 并求解铰链梁结构有限 元积分方程。 3.如权利要求1所述的一种基于自适应扩展有限元的六面顶压机裂纹扩展计算方法， 其特征在于， 步骤S4具体为： S4.1根据铰链梁结构网格单元数据、 裂纹面和裂纹尖端位置， 将铰链梁结构网格单元 分为因裂纹贯 穿导致的开裂单 元、 裂尖区域内的单 元和普通单 元； S4.2： 引入相互作用积分的基础： J积分。 4.如权利要求1所述的一种基于自适应扩展有限元的六面顶压机裂纹扩展计算方法， 其特征在于， 步骤S5具体为： S5.1： 误差估计； S5.2： 误差判据； S5.3： 重构网格； S5.4： 导入网格数据， 重新进入循环。 5.如权利要求1所述的一种基于自适应扩展有限元的六面顶压机裂纹扩展计算方法， 其特征在于， 步骤S6具体为： 每一次计算误差后， 若计算精度满足要求， 则通过最大环向拉应力准则确定裂纹扩展 方向； 在裂尖局部坐标系下， 令切应力为 零得到关于裂纹扩展角度 θc的公式： KIsin( θc)+KII(3cos( θc)‑1)＝0 进而得到： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115495963 A 2为防止裂纹折向反方向扩展， 需保证| θc|小于 则公式只取负号： 其中， θc的正负取决于KII的正负； KII为正时， θc为负值； KII为负时， θc为正值； 根据所得 角度， 即可得到裂纹下一步的扩展方向， 令裂纹为固定扩展步长， 即可得到第一次扩展后的 裂纹尖端位置， 重复计算， 直到裂纹扩展停止或结构破坏。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115495963 A 3