Abaqus裂紋(Contour Integral)模擬注意事項

本帖主要側重于介紹裂紋定義過程中各個選項的意義,具體的操作過程很多高手做了很好的教程,至于斷裂力學理論推薦大家看一下沈成康寫的《斷裂力學》一書。

裂紋的定義和輸出需要用到interaction模塊和step模塊:

一、Interaction模塊

1.1 預制裂紋(步驟:菜單/special/crack/assign seam)

注意:并不是作裂紋分析都要定義seam,如果你的裂紋不是一條縫,而是一個缺口,則不需要assign seam,直接走下一步(定義裂紋)就行。

1.2 創建裂紋(步驟:菜單/special/crack/create,type:contour integral)

—crack front:crack front是用來定義第一圍線積分的區域,2D下我們可以選擇包圍裂尖點的面,3D則選擇包圍裂尖線的面;另外還有一種定義crack front的方法,就是直接選擇裂尖點(2D)或裂尖線3D),用這個方法定義crack front不需要再定義下一步的crack tip/line,比較簡便,兩種方法算出的結果沒有明顯的差別,其實只是影響積分路線的問題,但是J積分值是路徑無關的,看個人喜好吧

—crack tip/line:這個比較好理解就是裂尖點(2D)或線(3D),如果我們在上一步中用方法二定義crack front,這一步就直接跳過了

—crack extension direction(定義裂紋擴展方向):這里定義的其實是一個虛擬的裂紋擴展方向,定義了這個參考方向后,我們才能通過輸出的角度判斷裂紋擴展方向,可以通過兩種方法:

        o   q vector:輸入一個方向,用來作為計算裂紋的擴展方向的參考方向;

        o   normal to crack plane:crack plane表示裂紋的對稱面(當裂紋在一個平面內時,可能需要分開定義多個裂紋),這種方法下我們只需定義裂紋面的法線方向,通過 (t表示裂紋尖端的切線),  會在每個節點得出一個q方向(如下圖);

        o   注意:q的方向對輸出的應力強度因子,J積分等都會有影響,一般情況下,q最好在裂紋平面內,且垂直于裂尖線的切線,否則算出的應力強度因子,J積分值等等在不同圍線積分中會差別較大。


二、step模塊

定義好了裂紋相關參數后,我們需要返回step模塊定義輸出變量:

步驟:菜單/output/history output requests/create,domain:crack,可以輸出的值包括:J-integral,Ct-integral,stress intensity factor,T-stress

—J-integral :用于應變率無關材料的準靜態分析過程,包括線彈性,非線性彈性,彈塑性材料(單調加載工況)的靜態分析。J-integral的優點是和積分路徑無關,從而可以避開尖端塑性區的影響。

—Ct-integral:用于蠕變分析(一般較少用到)

—應力強度因子:

            o  只能用于分析線彈性材料,表示裂紋尖端的應力場強度;

            o  有三個應力強度因子K1,K2,K3,分別對應于張開型,滑開型和撕開型裂紋的應力強度因子

            o   在輸出應力強度因子時也會輸出一個J-integral值,因為算法不同,這個值和直接輸出的J-integral會略有差異;

            o  方向判斷準則:Maximum tangential stress(在dat文件中輸出的MTS值就是通過這個準則算出的裂紋擴展方向),Maximum energy release rate(dat中用MERR表示),K2=0(dat中的K20)                 

—T-stress(表示裂紋尖端平行于裂紋面方向的應力)

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