隨著高強度材料和大型結構的廣泛應用，一些根據靜強度設計制造的產品先后發生災難性的疲勞斷裂事故。精確估算出結構的疲勞壽命，確保結構在服役期內不發生疲勞失效是疲勞裂紋研究的目的。Abaqus和Franc3D均可以模擬循環載荷下的疲勞裂紋擴展行為，本文對兩者的模擬結果進行了對比分析。

Abaqus中可以通過直接循環法進行疲勞裂紋擴展分析，整個過程包含兩階段，（1）裂紋萌生階段；（2）裂紋擴展階段。

裂紋萌生準則如下

裂紋萌生后的擴展速度采用基于能量釋放率的Paris公式進行描述

Abaqus中通過設置關鍵字來引入裂紋擴展模型。

*Fracture Criterion,TYPE=FATIGUE,MIXED MODE BEHAVIOR=POWER(BK or REEDER)

Franc3D與Abaqus的區別在于裂紋描述方式上，abaqus采用擴展有限元方法來描述裂紋，Franc3D則通過自適應網格來描述裂紋。Franc3D內置了多種疲勞裂紋擴展速率模型，如下圖所示。

在計算疲勞裂紋擴展時，Abaqus和Franc3D本質上的物理機理是相同的，只是各自具體的實現方法有所區別。本文分別使用Abaqus和Franc3D模擬了含有預制裂紋平板的疲勞行為，并對模擬結果進行了對比。

Abaqus中模型的幾何形狀和加載方式如下圖所示。Abaqus計算出裂紋尖端的能量釋放率，并結合式(2)進行裂紋疲勞擴展分析。

Franc3D中的網格如下所示。Franc3D對裂紋尖端網格進行了楔形單元劃分，通過M-integral等方法計算出裂紋尖端的應力強度因子，結合Paris公式等進行疲勞裂紋擴展分析。

計算結果如下

Abaqus計算結果

Franc3d計算結果

裂紋長度和循環數的關系

通過對比上述結果可以發現，Abaqus和Franc3D模擬得到的裂紋擴展路徑基本一致，相同的循環數作用下，Abaqus中的裂紋長度小于Franc3d中的裂紋長度。Abaqus計算得到的疲勞壽命 (4251049)比Franc3d (2342511)大一倍左右，兩者計算得到的壽命基本一致(3倍分散帶內)。

有相關問題可以聯系扣扣1653004885或者關注公眾號CAE320