Solver案例分享：標準緊湊拉伸(CT)試樣的彈塑性分析

引言：結構有限元軟件iSolver已發展到一定階段，現采用結構有限元軟件iSolver進行結構分析，iSolver可使用Abaqus作為前后處理工具，本文以標準緊湊拉伸(CT)試樣的彈塑性分析為例，將iSolver求解器和Abaqus計算結果進行對比，比對兩種有限元軟件的計算結果。

斷裂試驗試樣是指帶有預制裂紋的用以測定材料斷裂韌性的試樣。試樣形式、幾何尺寸、各部分比例、裂紋預制方法與尺寸等在相應的測試標準中都有規定。

常用的斷裂試樣有：(1)三點彎曲（TPB)試樣；（2)緊湊拉伸(CT)試樣；（3)中心裂紋板(CCP)試樣；（4)單邊裂紋板(SECP)試樣；（5）雙邊裂紋板(DECP)試祥；(6)拱形試樣。

                                      圖1 CT試樣

緊湊拉伸試件（CT）是與一種根據ASTM和ISO標準制造的缺口試樣。CT試樣廣泛用于斷裂力學和腐蝕測試領域，以獲取材料的斷裂韌性和疲勞裂紋擴展數據。

圖2 CT試樣示意圖

通過使用疲勞試驗機，在樣品孔中的銷釘施加周期性載荷來產生疲勞裂紋。疲勞裂紋將從缺口處開始，逐漸延伸到整個樣品。通常通過測量隨裂紋擴展而變化的試樣的順應性來監測裂紋的長度，也可以通過使用光學顯微鏡直接測量以測量裂紋尖端的位置來監測裂紋的長度，或者根據裂紋口張開或引伸計讀數間接監測裂紋的長度。對于軋制材料，缺口應與材料最薄弱的軋制方向對齊。這將確保所獲得的所有結果都是保守的。

問題描述：

下面以一個CT試樣為例，對其進行彈塑性分析，計算其應力分布及位移分布。在計算過程中，采用國際單位制：長度（mm）、質量（g）、力（N）、應力（MPa）、時間（秒，s）

操作：

CT試樣模型如圖所示。模型彈性模量E=150GPa，泊松比v=0.3的彈塑性各向同性材料。

圖3 材料的塑性

 

圖4  CT試樣載荷邊界

設定好材料參數和載荷后，劃分網格。采用六面體單元C3D8劃分網格，網格數量14776。檢查網格后提交計算。

圖5 劃分網格

分別采用Abaqus和iSolver求解器進行計算。

圖6分別提交Abaqus和iSolver求解器計算

計算結果對比：

對比兩者的計算結果。以下是應力分布的對比。

圖7  Abaqus和iSolver計算的應力分布對比

圖7中，上圖是abaqus計算的結果，最大應力407.1MPa，位于節點3252處，下圖是iSolver求解結果，最大應力406.9MPa，位于節點3252處。二者計算結果基本一致。

位移分布的對比：

圖8  Abaqus和iSolver計算的位移分布對比

圖8中，上圖是abaqus計算的結果，最大位移0.1321mm，位于節點1268處，下圖是iSolver求解結果，最大位移0.1321mm，位于節點1268處。二者計算結果基本一致。