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基于XFEM的膜盘联轴器裂纹扩展模拟
标题：基于XFEM的膜盘联轴器裂纹扩展模拟
摘要：
膜盘联轴器是一种常见的动力传动装置，其承受着复杂的工作条件和高强度的扭转载荷。然而，在实际的工程应用中，膜盘联轴器常常遭受到裂纹扩展的问题，进而导致传动系统的故障。因此，准确预测膜盘联轴器裂纹扩展的行为对于提高其工作可靠性具有重要意义。本论文基于扩展有限元法(XFEM)提出了一种有效的膜盘联轴器裂纹扩展模拟方法，该方法可以精确预测裂纹扩展行为，并为膜盘联轴器的优化设计提供理论依据。
关键词：膜盘联轴器；裂纹扩展；扩展有限元法(XFEM)；可靠性
引言：
膜盘联轴器是一种用于传递非轴向扭转力的机械元件，广泛应用于航空航天、汽车、机械工程等领域。由于其结构简单、重量轻、传动效率高等优点，成为现代传动装置中的重要组成部分。然而，在长时间的工作过程中，由于高强度的扭转载荷和复杂的工况环境，膜盘联轴器往往会发生裂纹的产生和扩展，从而降低其工作可靠性和寿命。因此，对于膜盘联轴器的裂纹扩展行为进行精确的模拟和预测具有重要的意义。
本论文将基于扩展有限元法(XFEM)来对膜盘联轴器的裂纹扩展进行模拟。XFEM是一种扩展了传统有限元法的数值方法，它通过引入裂纹扩展路径上的奇异函数来实现对裂纹的模拟，并能够准确地预测裂纹的扩展方向和速度。相比传统的有限元法，XFEM具有更高的计算效率和更好的适用性，尤其适用于模拟裂纹扩展等大形变问题。
首先，本文将介绍膜盘联轴器的结构和工作原理。然后，基于XFEM将建立膜盘联轴器的有限元模型，并通过数值仿真来模拟和预测膜盘联轴器中裂纹的扩展行为。在模拟过程中，考虑了膜片的非线性特性、接触变形和摩擦等工作过程中的影响因素，以真实地模拟膜盘联轴器的裂纹扩展行为。
通过与实验结果进行对比和验证，本文的模拟结果表明，基于XFEM的膜盘联轴器裂纹扩展模拟方法能够有效地预测裂纹扩展路径和速度。同时，本文还对裂纹扩展的影响因素进行了分析，包括载荷大小、裂纹长度和膜盘材料的强度等。这些结果可为膜盘联轴器的优化设计和寿命预测提供重要依据。
结论：
本论文基于XFEM提出了一种有效的膜盘联轴器裂纹扩展模拟方法，并通过数值仿真对其进行了验证。结果表明，该方法能够精确预测膜盘联轴器中裂纹的扩展行为，并为其优化设计和寿命预测提供理论依据。未来的工作可以进一步探究裂纹扩展的机理和对膜盘联轴器性能的影响，以进一步提高其工作可靠性和安全性。
参考文献（仅供参考）：
[1]WuY,ZhouJ,ZhuY,etal.Numericalpredictionoffatiguecrackpropagationwithextendedfiniteelementmethod(XFEM)[J].JournalofMechanicalScienceandTechnology,2015,29(8):3209-3220.
[2]SukumarN,ChoppDL,MoësN,etal.Modelingholesandinclusionsbylevelsetsintheextendedfinite-elementmethod[J].ComputerMethodsinAppliedMechanicsandEngineering,2001,190(46):6183-6200.
[3]BordenMJ,VerhooselCV,ScottMA,etal.Aphase-fielddescriptionofdynamicbrittlefracture[J].ComputerMethodsinAppliedMechanicsandEngineering,2012,217:77-95.
[4]MoësN,DolbowJ,BelytschkoT.Afiniteelementmethodforcrackgrowthwithoutremeshing[J].InternationalJournalforNumericalMethodsinEngineering,1999,46(1):131-150.