改進的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴展分析 - ANSYS Workbench

本教程包括改進的緊湊拉伸試樣的逐步疲勞裂紋分析。

步驟 1：概述

這項工作的主要目的是提出混合模式載荷下線性彈性材料中裂紋擴展路徑的數值模型，以及研究在恒定幅值載荷條件下改進的緊湊拉伸試樣中孔洞的存在對疲勞裂紋擴展和疲勞壽命的影響。

ANSYS Mechanical（工作臺）利用 ANSYS 中的一項新功能即智能裂紋擴展技術，準確預測恒定幅值載荷條件下的裂紋擴展路徑和相關的疲勞壽命。

在線彈性斷裂力學 (LEFM) 假設下，采用巴黎定律模型評估具有不同 MCTS 配置的改進緊湊拉伸試樣 (MCTS) 的混合模式疲勞壽命。該方法涉及通過增量裂紋擴展分析準確評估應力強度因子 (SIF)、裂紋擴展路徑和疲勞壽命評估。

疲勞裂紋擴展結果表明，疲勞裂紋始終被孔吸引，因此要么它只能彎曲路徑并向孔擴展，要么它只能從孔中浮出并在孔消失后進一步擴展。就混合型載荷條件下裂紋擴展的軌跡而言，本研究的結果與文獻中發表的幾項裂紋擴展實驗的結果相一致，這些實驗顯示了類似的觀察結果。

本教程主要基于 Abdulnaser M. Alshoaibi 和 Yahya Ali Fageehi 的論文“線性彈性材料疲勞裂紋擴展路徑的數值分析和壽命預測”。

第 2 步：設置

在 ANSYS Workbench 主菜單上拖放靜態結構分析：

步驟3：工程數據（材料模型）

本教程選定的材料是“SAE 1020 碳鋼”。

材料模型由各向同性彈性、拉伸屈服強度、拉伸極限強度和巴黎定律參數（C 和 m）組成。

步驟 4：幾何（SpaceClaim 模型）

在 SpaceClaim 上創建的改進型壓縮拉伸試樣 (MCTS) 的尺寸如下所示：

步驟 5：定義裂縫（命名選擇）

為了定義裂紋邊緣和表面，必須使用“命名選擇”菜單：

在定義裂紋前沿和裂紋表面時，下圖中可見的邊緣和表面被用作命名選擇：

步驟 6：定義裂紋（預網格裂紋和 SMART 裂紋擴展）