An adaptive finite element method for coupled fretting wear and fatigue crack propagation simulation

微动 有限元法 材料科学 断裂力学 结构工程 计算机模拟 平滑的 应力集中 裂缝闭合 工程类 计算机科学 模拟 计算机视觉
作者
Congman Wang,Xuecheng Ping
出处
期刊:Engineering Fracture Mechanics [Elsevier]
卷期号:301: 110015-110015 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.engfracmech.2024.110015
摘要

Fretting wear and fatigue crack propagation often occur at the same time in the service of mechanically connected structures. In order to analyze the effect of fretting wear on the process of fatigue crack propagation, a finite element simulation method for fatigue crack propagation considering fretting wear is proposed. In this method, the Archard model is used to predict the wear process, and the conventional Paris equation is modified based on the wear rate. In order to improve the accuracy of crack propagation prediction, a crack-tip super singular element (CSSE) is used to calculate the singular stress field and fracture control parameters of the crack tip. An adaptive meshing technique that automatically adjusts the mesh density according to the simulation process is designed to ensure the computational efficiency of the algorithm and the accuracy of the numerical results. The smoothing technique used in wear simulation can alleviate the influence of contact stress fluctuation on wear profile prediction. The usage of the new simulation method is introduced through benchmark examples. It is proved that the numerical results of crack propagation obtained by the adaptive finite element method (FEM) have high precision, good convergence and high computational efficiency. It is found that wear reduces the crack growth rate compared with the simulation results without considering wear. This method has a promising application in the coupling analysis of fretting wear and fatigue crack propagation of mechanically connected structures.

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