裂紋擴展是指材料在外界因素作用下裂紋萌生、生長的動態過程。對于不考慮奇異性的裂紋擴展分析，需要定義準則來確定裂紋萌生的初始位置。新版本中使用SMART（分離、變形、自適應和重劃分網格技術）分析裂紋擴展時增加了最大主應力準則去評估裂紋萌生的時間和位置。當滿足該準則時，裂紋自動以橢圓的形狀（目前只支持橢圓裂紋）和適當的尺寸插入到定義的裂紋區域，然后程序進行下一步的裂紋擴展計算。

以一個簡單的demo來描述SMART自適應裂紋萌生分析的計算步驟:

1、創建分析模型

如圖示緊湊拉伸試樣，一端固定，上下圓孔給定100N拉力，預測產生I形裂紋，最大主應力位置在開口前沿。

圖1 計算模型

2、建立裂紋產生區域節點組件

圖示模型中選擇最大主應力前沿一排節點作為裂紋產生區域的節點組件，并命名為CrkInitZone。

圖2 裂紋產生區域節點組件

3、對模型進行初步分析，最大主應力為61.5MPA，設定產生裂紋的臨界主應力為60MPA

圖3 沒有裂紋時分析，最大主應力云圖

4、在分析中插入如下命令流，定義裂紋產生準則和裂紋擴展計算選項

!! 定義最大主應力作為裂紋萌生準則，注意單位制

TB,CR KI,1（此處去掉“R”和“K”間的空格）

TBDATA,1,60

!! TB,CR KI,MAT_ID,NTEMP,NPTS（此處去掉“R”和“K”間的空格）

!! TBDATA,1,Par1

!!其中Par1是臨界最大主應力值;CR KI,自適應裂紋萌生準則;MAT_ID材料編號（此處去掉“R”和“K”間的空格）

!! 通過ADPCI（adaptive crack initiation）在裂紋產生區域節點組件自動生成橢圓裂紋

ADPCI,DEFINE,1,CrkInitZone,1,ELLIPSE

!! ADPCI,DEFINE,CIID,CompName,MAT_ID,CRACKGEOM

!!其中CIID是ADPCI編號。“CompName”為裂紋產生區域節點組件名稱。MAT_ID將臨界值(通過TB、CR KI定義)與裂紋萌生數據記錄連接起來。CRACKGEOM表征裂紋幾何信息。目前僅支持橢圓型裂紋起裂，即ELLIPSE。（此處去掉“R”和“K”間的空格）

!! 分別定義裂紋生成計算編號，斷裂參數，計算積分圍線，裂紋萌生的ADPCI編號，裂紋表面組件名稱。裂紋表面組件名稱（crksurf1和crksurf1）自定義，在裂紋萌生和局部網格發生變化時，程序會自動填充節點列表。如果不明確給出裂紋表面的節點組件名稱，程序會自動生成兩個內部節點組件。

CINT,NEW,11

CINT,TYPE,SIFS

CINT,NCON,4

CINT,INIT,1

CINT,SURF,CRKSURF1,CRKSURF2

!! 分別定義裂紋擴展分析編號，對應的擴展裂紋編號，以及使用smart分析方法進行裂紋擴展分析

CGROW,NEW,31

CGROW,CID,11

CGROW,METHO,SMART,REME

!! 該命令為非必須插入項，由于使用smart分析方法會自動在裂紋處加密網格，為減小計算量，設置裂紋擴展網格粗化選項，可能會影響計算精度

CGROW,RMCONT,coarse,aggr

!! 其中CONS – 使用保守的網格粗化 (default)

MODE – 適中網格粗化.

AGGR – 激進的網格粗化策略

5、設定載荷分析子步，建議設定較多的初始載荷子步和最小載荷子步捕捉裂紋擴展過程，本例設定了40個載荷步。

6、提交計算，計算過程中，在求解信息中會出現如圖中是否達到裂紋插入準則信息提示。達到準則之后程序會自動插入橢圓形裂紋和計算插入的橢圓形裂紋坐標位置和長短軸長度，以及輸出使用smart方法計算時重劃分網格的數目信息。

圖4求解過程信息提示

程序在確認橢圓形裂紋坐標位置時，會在每個子步標記所有滿足裂紋萌生條件的節點，并將它們分組到節點云中。節點云的幾何中心是橢圓的中心。離橢圓中心最近的節點稱為種子節點。然后通過各種矢量計算的方法，計算出橢圓長短軸的方向和長度，如幫助文件中截圖所示，有興趣的朋友可以詳細查詢幫助文件。

圖5 自動確認橢圓形裂紋的計算方法

7、計算結果分析

如圖所示，在0.825S之后滿足最大主應力準則，產生裂紋并使用smart方法進行裂紋擴展計算。裂紋擴展過程中，裂紋尖端區域附近網格自動加密。

圖6 裂紋自動產生前后最大主應力結果對比

圖7 采用不同策略粗化網格計算結果

（左圖激進粗化，右圖保守粗化）

作者：李桂花 上海安世亞太公司