MATLAB扩展有限元方法裂缝动态扩展仿真系统

资 源 简 介

基于MATLAB平台开发的扩展有限元方法仿真系统，实现裂缝从静态到动态扩展的全过程数值模拟。系统提供应力重分布分析、应力强度因子计算功能，并可视化展示裂缝扩展路径和应力场分布，为材料断裂研究提供完整解决方案。

详 情 说 明

MATLAB扩展有限元方法裂缝动态扩展仿真系统

项目介绍

本项目基于扩展有限元法(XFEM)与水平集方法，开发了一套用于模拟裂缝动态扩展过程的MATLAB仿真系统。系统能够准确模拟材料在静态和动态载荷作用下的裂缝扩展行为，分析应力重分布效应，并计算裂缝尖端的应力强度因子。适用于材料断裂力学研究、工程结构安全性评估等科学计算与工程应用场景。

功能特性

• 裂缝扩展模拟：支持静态裂缝分析和动态裂缝扩展全过程仿真
• 应力分析能力：计算裂缝扩展过程中的应力场、位移场分布及应力重分布
• 断裂参数计算：提供裂缝尖端应力强度因子(KI, KII)的精确计算
• 可视化展示：生成裂缝扩展路径、应力场分布、位移场等直观可视化结果
• 数据输出：输出节点位移、应力数据及裂缝长度与加载步数的关系曲线

使用方法

1. 参数配置：设置材料参数（弹性模量、泊松比、断裂韧性）、几何模型信息（网格数据）、边界条件（位移约束、载荷分布）以及初始裂缝参数
2. 运行仿真：执行主程序启动裂缝扩展模拟计算
3. 结果分析：查看生成的应力云图、裂缝扩展路径动画、应力强度因子曲线等结果
4. 数据导出：获取节点位移、应力数据文件用于进一步分析

系统要求

• MATLAB R2018a或更高版本
• 推荐配置：8GB以上内存，支持双精度浮点运算
• 必需工具箱：MATLAB核心功能，推荐安装图像处理工具箱用于结果可视化

文件说明

主程序文件作为系统的核心控制单元，实现了完整的仿真流程控制功能。具体包括：初始化计算参数与有限元模型，构建水平集函数描述裂缝几何特征，执行扩展有限元组装与求解过程，实现裂缝扩展判据与更新逻辑，控制增量加载步的迭代计算，完成应力强度因子等断裂参数的后处理计算，以及组织各类结果数据的输出与可视化生成。