研究結構裂紋擴展和疲勞壽命已經有了一段時間，深深的感覺到國內研究成果相比國外有著許多的不足，尤其是在裂紋問題有限元仿真這一塊，現有的先進的思想和方法都是國外研究者先提出和應用的。其中，擴展有限元方法（XFEM）以其獨特的優勢得到了研究者們的青睞，然而國內的相關資料特別是軟件操作方面比較少，而且各執其詞，這會使得許多初學者產生誤解（筆者就是因此而走了不少的彎路），工欲善其事必先利其器，準確掌握了合適的方法才能更好的進行后續的研究工作。在學習了網上相關研究者的視頻資料、ABAQUS16.4用戶手冊和達索官方的培訓資料之后，筆者對這部分軟件操作過程進行總結并給出了自己的一些理解，很多小的細節往往會導致較大的誤差甚至是仿真的失敗，針對這些問題給出了一些小小的建議，希望對未來研究這方面內容的同學們有所幫助。

第一部分、基于XFEM的靜態裂紋參數計算

       相比于同類型的有限元分析軟件（如ANSYS），ABAQUS在裂紋這種強不連續問題上的仿真方面，其前處理建模和求解部分更加優秀，但是后處理部分比較困難，有些參數沒辦法通過軟件直接輸出，需要進行二次開發，后處理部分目前我做的還不是很好將在優化之后另作說明。

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仿真具體流程如下：（圖片太多了上傳麻煩而且不方便排版，我懶得一個個上傳了，需要詳細流程的還是請下載文檔吧）

（1） 建立part：（實體模型和裂紋模型）

      首先必須要明確的是ABAQUS只能夠計算和輸出三維裂紋的靜態裂紋參數，靜態裂紋必須三維，靜態裂紋必須三維，靜態裂紋必須三維，重要的事說三遍。

      Plate采用的是三維可變形solid特征，200為草圖的尺寸（不重要），模型厚度為10（模型整的有點不開心啊，正如仿真的我此時的心情），這里重點注意一下紅色圈圈部分，后面解釋（非常重要，非常重要，非常重要）。crack采用的是三維可變形shell特征，10為草圖的尺寸（不重要），裂紋模型厚度為10，與plate模型相同。 #####################################################重點1

(2)定義材料屬性

根據線彈性斷裂力學理論，靜態裂紋參數如應力強度因子K和J積分只需要計算裂紋尖端的應力場即可求得，因此只需要輸入最簡單的彈性模量E = 2e5和泊松比μ = 0.33.然后設置截面屬性和賦予截面屬性即可（這里的平面應力/應變厚度可以不用設置，這里我們要求的參數不需要厚度屬性。賦予截面只需要給plate實體，裂紋不需要）

(3)幾何裝配

       導入兩個實體（注意，導入實體后實體會按坐標系位置擺放，可能導致很難選到crack實體，因此可以在導入時勾選Auto-offset自動偏置模型或者點擊顯示管理分別查看模型并操作）。通過平移和旋轉等方式將crack放置在plate的合適位置（注意：由于CAE網格邊界都是直線，劃分曲線邊界是一個以直代曲的過程，下圖右邊（圖先欠著）的方式就可能會使得裂紋的下端在單元的內部而不是模型的邊界上，而我們這里只想考慮的是裂紋上端點的參數。實際裂紋長度為6。）

（4）劃分實體

（在part模塊。也可以不用這一步，主要是由于后面要定義裂紋的富集域，將富集域范圍指定的小一點可以減少計算量，其次網格也好看一點，電腦配置高的同學請忽略這一步）

（5）定義相互作用（interaction）

      在菜單欄special > crack > create，然后選擇XFEM，將選擇方式改為幾何體（geometric cells），取消勾選allow crack growth（注意：abaqus靜態裂紋仿真和裂紋擴展仿真只能二選一），然后選擇裂紋所在的cell，選擇裂紋實體，定義接觸條件（靜態仿真這里可以不用定義）。

      設置其它相互作用，比如這里的加載點和圓面耦合，這里不進行詳細說明。

（6）定義載荷步（選擇靜力通用載荷步，參數設置大概這樣就行了）

       在場輸出中勾選Failure/Fracture中的philsm（水平集值，可以讓你在后處理中看到裂紋的實際開裂狀態），還可以勾選state/Field/User/Time輸出中的最后一項STATUSXFEM（在這里的用處不太大）

       在歷史輸出中將主域改為裂紋，可以輸出的類型有J積分,Ct積分，T應力和K,選擇K之后還可以選擇不同的準則，繞線積分的圈數設置為6及以上即可

        對于裂紋這種強不連續問題，有限元分析很難得到收斂，因此需要對求解控制進行控制從而輔助收斂，在菜單欄others > general solution controls > edit >step1 ,先勾選不連續分析，然后將IA項設置的比較大。

（7）網格劃分：裂紋控制區域網格劃分密集點，非裂紋控制區域可以稀疏點，這也是有限元分析中最重要的一步，花費的時間也是最長的，有兩個很重要的地方需要說明，達索官方也是這樣建議和要求的。很多人仿真結果誤差很大應該就是這個地方的問題了，只是一個小細節容易被忽視。#################重點2和3

（8）定義載荷：RP-1處設置三個方向的位移約束，外表面設置z方向位移約束，RP-2處設置x方向的位移為5，yz方向位移約束。邊界條件部分會嚴重影響求解結果，這個地方根據你的模型實際情況進行斟酌。

（9）提交求解

（10）后處理

包括模型開裂狀態，全局和局部應力圖，應力強度因子的輸出等