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擴(kuò)展有限元在Abaqus中可以用于三維實(shí)體模型或二維平面問題，不能用于三維的殼單元模型。

壓力容器裂紋擴(kuò)展

擴(kuò)展有限元在Abaqus中的應(yīng)用設(shè)置也很簡單，以下簡要列舉其中的關(guān)鍵步驟：

第1步，材料屬性設(shè)置。

除了彈性屬性外，還需要在材料中定義損傷起始判據(jù)及損傷演化判據(jù)，可以使用Abaqus自帶的一些最大應(yīng)力、二次應(yīng)力、最大主應(yīng)力等準(zhǔn)則，同時(shí)結(jié)合內(nèi)聚力模型中常用的基于斷裂韌性的損傷演化準(zhǔn)則；也可以通過UDMGINI子程序自定義損傷起始判據(jù)結(jié)合VCCT或者Surface-Based chesive等演化準(zhǔn)則，后者在復(fù)合材料XFEM分析中比較常見。

本案例是一個(gè)金屬壓力容器裂紋擴(kuò)展模型，詳細(xì)材料參數(shù)設(shè)置如下。

第2步，設(shè)置分析步輸出

創(chuàng)建Static,general分析步，打開幾何非線性。在Field輸出里勾選與擴(kuò)展有限元相關(guān)的輸出變量，F(xiàn)ailure / Fracture > PHILSM和PSILSM，以及State / Field/ User/ Time> STATUSXFEM。

其中，PHILSM是描述裂紋面距離的函數(shù)，裂紋面所經(jīng)過的位置 PHILSM=0；PSILSM是描述初始裂紋尖端的距離函數(shù)；STATUSXFEM代表富集單元的狀態(tài)。如果該單元完全開裂，則單元狀態(tài)為1.0；如果該單元無裂紋，則其狀態(tài)為0.0。如果該單元部分開裂，則STATUSXFEM的值介于1.0和0.0之間。

第3步，定義裂紋

在Interaction模塊中，選擇Special>Crack>Creat來創(chuàng)建裂紋，在彈出的菜單中選擇XFEM類型。

點(diǎn)擊Continue，選擇裂紋可擴(kuò)展區(qū)域?yàn)檎麄€(gè)壓力容器，勾選Allow crack growth及Crack location，手動(dòng)選擇模型中提前預(yù)制的一個(gè)曲面作為初始裂紋面，如考慮裂紋面的接觸屬性，可勾選Specify contanct property，并指定提前創(chuàng)建好的接觸屬性即可。

其他的邊界與加載步驟與常規(guī)模型無異，不再贅述。

將上述模型提交計(jì)算之后，就可以看到裂紋的擴(kuò)展過程。如下圖所示。

本案例中所講述的是一個(gè)金屬壓力容器在內(nèi)壓作用下的裂紋擴(kuò)展問題，采用的是XFEM，下一期開始講述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中XFEM的應(yīng)用，敬請關(guān)注。

以下為本案例的CAE模型及inp文件下載鏈接。