裂紋 應(yīng)力強(qiáng)度因子
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裂紋 應(yīng)力強(qiáng)度因子的視頻教程
ABAQUS 裂紋專(zhuān)題篇--XFEM 求裂尖應(yīng)力強(qiáng)度因子
擴(kuò)展有限元求裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子較傳統(tǒng)有限元有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，本課程主要講解兩者不同，以及注意在利用該方法求裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子時(shí)該注意的種種事項(xiàng)
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ABAQUS裂紋專(zhuān)題篇--遠(yuǎn)場(chǎng)圍線積分求裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子
對(duì)圍線積分進(jìn)行了介紹，詳細(xì)講解了圍線積分求裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的步驟。
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擴(kuò)展有限元（XFEM）二維裂紋能量釋放率、三維裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子、裂紋疲勞擴(kuò)展計(jì)算
基于ABAQUS，采用擴(kuò)展有限元方法，計(jì)算二維裂紋能量釋放率、三維裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子，以及裂紋疲勞擴(kuò)展速率等力學(xué)行為
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裂紋 應(yīng)力強(qiáng)度因子的實(shí)例教程
應(yīng)用三維有限單元法計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子
來(lái)源：中國(guó)機(jī)械工程 作者：林曉斌
摘要 描述了兩種基于有限單元計(jì)算面形裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的方法，建議了一種創(chuàng)造三維有限單元網(wǎng)格的途徑。計(jì)算方法的精度通過(guò)和其它解析解或數(shù)值解的比較得到了說(shuō)明。
關(guān)鍵詞 應(yīng)力強(qiáng)度因子 有限元 損傷容限設(shè)計(jì) 斷裂評(píng)定
無(wú)論在損傷容限設(shè)計(jì)還是在缺陷評(píng)定階段，工程師們需要知道正在分析的構(gòu)件中裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子，因?yàn)榕袛嗪?em>裂紋構(gòu)件的斷裂，或者計(jì)算剩余疲勞壽命大多依賴(lài)于這一參量。因此，在斷裂力學(xué)發(fā)展中，如何求取應(yīng)力強(qiáng)度因子一直是一個(gè)重要的課題。當(dāng)前已有許多方法可用來(lái)計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子，較為典型的有解析法、邊界配位法、有限單元法、邊界元素法、體力法、權(quán)函數(shù)法和線彈簧模型。利用這些方法，大量的應(yīng)力強(qiáng)度因子解已經(jīng)獲得，已出版的應(yīng)力強(qiáng)度手冊(cè)［1］中收編了許多典型的解。盡管如此，工程師們?nèi)匀粫?huì)感到自己所需要的應(yīng)力強(qiáng)度因子解很難找到，這是因?yàn)橐鉀Q的工程問(wèn)題往往是一些受復(fù)雜載荷的構(gòu)件，包含的裂紋也往往是一些不規(guī)則裂紋。
本文簡(jiǎn)單介紹了兩種基于三維有限單元法計(jì)算面形裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的方法。有限單元法已經(jīng)成為工程設(shè)計(jì)分析領(lǐng)域中一個(gè)強(qiáng)有力的計(jì)算工具，它能模擬非常復(fù)雜的構(gòu)件。基于有限元的應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算方法，自然也將具有卓越的工程能力。除了計(jì)算方法的介紹以外，還將簡(jiǎn)單描述一種簡(jiǎn)化網(wǎng)格的生成方法。最后提供了一些所得到的典型應(yīng)力強(qiáng)度因子解，并和大家熟知的解進(jìn)行了比較，以說(shuō)明本文所描述的方法的可靠性。
展開(kāi) 通過(guò)ABAQUS，可以計(jì)算三維角裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子。本實(shí)例中對(duì)平板孔邊的三維角裂紋進(jìn)行了模擬。
seam及crack定義如下圖：
網(wǎng)格如下圖：
計(jì)算后的位移云圖如下：
對(duì)裂尖進(jìn)行放大觀察：
本實(shí)例的難點(diǎn)在于孔邊三維角裂紋的模型的建立，需要經(jīng)過(guò)一系列的布爾操作（merge/cut）得到。
相應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子可以在提交job計(jì)算完成后，到dat文件中找到。
詳細(xì)的模型可參考附件。
通過(guò)ABAQUS計(jì)算二維穿透裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子。理論值為396，有限元計(jì)算值為407，誤差小于3%。
第一章 引言
工程分析中材料中的裂紋會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性帶來(lái)很大地影響.歷史上有很多航空航天事故、建筑事故都是由于裂紋引起的斷裂導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效，為了檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)是否能夠一般用于判斷裂紋是否延伸地重要判據(jù)就是應(yīng)力強(qiáng)度因子K ( Stress Intensity Factor,SIF).在具體地工程分析中,評(píng)估含裂紋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,只需要計(jì)算含裂紋結(jié)構(gòu)在要求地工況下地裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子K值若K>Kc,則裂紋會(huì)發(fā)生擴(kuò)展,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效.傳統(tǒng)的強(qiáng)度觀點(diǎn)通常把材料視為理想材料即材料是連續(xù)、均勻、各向同性的,但實(shí)際工況中材料很難達(dá)到理想狀態(tài)。為了確保含裂紋構(gòu)件長(zhǎng)期穩(wěn)定地安全運(yùn)行必須對(duì)不可避免存在的裂紋對(duì)構(gòu)件的影響進(jìn)行預(yù)判從而將發(fā)生損失的風(fēng)險(xiǎn)降至最低。在斷裂力學(xué)問(wèn)題的分析中應(yīng)力強(qiáng)度因子人是預(yù)判含裂紋構(gòu)件發(fā)生斷裂和裂紋發(fā)生擴(kuò)展速率的首要判據(jù)司。獲得應(yīng)力強(qiáng)度因子的方法大致上可分為解析法、數(shù)值法和實(shí)驗(yàn)法。有限元數(shù)值法以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和強(qiáng)大的建模能力可以解決工程中復(fù)雜的幾何條件和邊界條件下的實(shí)際問(wèn)題而且有限元法不僅局限于線彈性問(wèn)題在研究彈塑性斷裂力學(xué)、疲勞和蠕變裂紋擴(kuò)展速率等問(wèn)題方面也同樣適用已經(jīng)成為獲得應(yīng)力強(qiáng)度因子的主要途徑。
本文以有限寬板含雙邊穿透裂紋為研究對(duì)象，研究在不同載荷
下、不同板寬下、不同板長(zhǎng)下的應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算，并且比較數(shù)值解和解析解，畫(huà)出比較圖，分析應(yīng)力強(qiáng)度因子各量的變化趨勢(shì)，并分析誤差產(chǎn)生的原因。
第二章 問(wèn)題描述
斷裂試樣參數(shù)： 彈性模量 E ? 210GPa ，泊松比?? 0.3 。
展開(kāi) 第1章 二維線彈性斷裂力學(xué)分析的解析方法
1.1 彈性理論平面問(wèn)題力法支配方程
1.1.1 平衡方程、相容方程與本構(gòu)關(guān)系
1.1.2 應(yīng)力函數(shù)與力法支配方程
1.2 彈性理論平面問(wèn)題的復(fù)變函數(shù)通解
1.2.1 應(yīng)力函數(shù)的復(fù)變函數(shù)表達(dá)式
1.2.2 應(yīng)力分量的復(fù)變函數(shù)表達(dá)式
1.2.3 位移分量的復(fù)變函數(shù)表達(dá)式
1.3含內(nèi)部裂紋有限大板的通解
1.3.1 滿(mǎn)足裂紋表面靜力邊界條件的解答
1.3.2 滿(mǎn)足圍繞裂紋位移單值條件的解答
1.3.3 裂紋尖端近場(chǎng)解與應(yīng)力強(qiáng)度因子
1.4 含內(nèi)部裂紋無(wú)限大板的特解
1.4.1 滿(mǎn)足無(wú)限遠(yuǎn)處?kù)o力邊界條件的解答
1.4.2 應(yīng)力分量的全場(chǎng)解
1.4.3 位移分量的全場(chǎng)解
1.4.4 應(yīng)力強(qiáng)度因子的表達(dá)式
1.5 含內(nèi)部裂紋的反平面問(wèn)題
1.5.1 反平面問(wèn)題位移法支配方程與通解
1.5.2 滿(mǎn)足裂紋表面靜力邊界條件的解答
1.5.3 滿(mǎn)足圍繞裂紋位移單值條件的解答
1.5.4 裂紋尖端近場(chǎng)解與應(yīng)力強(qiáng)度因子
1.5.5 無(wú)限大棱柱體特解
參考文獻(xiàn)
第2章 二維應(yīng)力強(qiáng)度因子的能量差率解法
2.1 能量差率及其與應(yīng)力強(qiáng)度因子的關(guān)系
2.1.1 應(yīng)變能差率與總勢(shì)能差率
2.1.2 能量差率與應(yīng)力強(qiáng)度因子的關(guān)系
2.2 均勻受載含內(nèi)部裂紋無(wú)限大板能量差率解法
2.2.1 能量差率解法支配方程
2.2.2 應(yīng)力強(qiáng)度因子的求解
2.3 任意受載含內(nèi)部裂紋能量差率解法
2.3.1 對(duì)稱(chēng)情況下應(yīng)力強(qiáng)度因子的解法
2.3.2 非對(duì)稱(chēng)情況下應(yīng)力強(qiáng)度因子的解法
2.4 雙懸臂梁應(yīng)力強(qiáng)度因子能量差率解法
2.4.1 不計(jì)根部效應(yīng)的情況
2.4.2 計(jì)及根部效應(yīng)的情況
2.5 平面問(wèn)題應(yīng)力強(qiáng)度因子的剛度導(dǎo)數(shù)解法
2.5.1 張開(kāi)型裂紋情況
2.5.2 復(fù)合型裂紋情況
參考文獻(xiàn)
第3章 二維應(yīng)力強(qiáng)度因子邊界配位解法
3.1 平面問(wèn)題極坐標(biāo)系分離變量解法
3.1.1 平面問(wèn)題極坐標(biāo)系基本方程
展開(kāi) 
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裂紋 應(yīng)力強(qiáng)度因子的最新內(nèi)容
幾何模型如圖所示，楊氏模量2.1X1011pa，屈服強(qiáng)度355MPa，抗拉強(qiáng)度450MPa，斷后伸長(zhǎng)率20%。左邊固定，右邊施加1000N垂直向下的力，計(jì)算材料的安全系數(shù)。
一、載荷約束如圖所示
二、通過(guò)軟件分析得到的應(yīng)力收斂解為188.01MPa，安全系數(shù)n1=1.89。
三
材料力學(xué)中詳細(xì)列出了四種強(qiáng)度理論, 那么在workbench中如何將四種強(qiáng)度理論對(duì)應(yīng)展示出來(lái)呢?
在ansys workbench中結(jié)果提供了默認(rèn)的幾種應(yīng)力結(jié)果，參考前面的文章，其實(shí)在結(jié)果中還可以插入自定義的結(jié)果來(lái)表達(dá)應(yīng)力，因?yàn)樗械膽?yīng)力都是由三個(gè)方向的正應(yīng)力和三個(gè)方向的切應(yīng)力組成的，那么就可以通過(guò)自己編輯表達(dá)式的方法來(lái)加載了，可以分別提取四種強(qiáng)度理論對(duì)應(yīng)的應(yīng)力了
<p class="ql-align-justify">本內(nèi)容基于韓林海的約束混凝土模型所制作的Excel，可用于將其輸入直接到ABAQUS中，用于建立鋼管約束混凝土型，具體如下：</p><p class="ql-align-justify">模型介紹：</p><p class="ql-align-justify">本模型基于<span style="color: rgb(25, 27, 31);"
在斷裂力學(xué)問(wèn)題的分析中應(yīng)力強(qiáng)度因子人是預(yù)判含裂紋構(gòu)件發(fā)生斷裂和裂紋發(fā)生擴(kuò)展速率的首要判據(jù)司。獲得應(yīng)力強(qiáng)度因子的方法大致上可分為解析法、數(shù)值法和實(shí)驗(yàn)法。
該方法涉及通過(guò)增量裂紋擴(kuò)展分析準(zhǔn)確評(píng)估應(yīng)力強(qiáng)度因子 (SIF)、裂紋擴(kuò)展路徑和疲勞壽命評(píng)估。
疲勞裂紋擴(kuò)展結(jié)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(kuò)展，要么它只能從孔中浮出并在孔消失后進(jìn)一步擴(kuò)展。就混合型載荷條件下裂紋擴(kuò)展的軌跡而言，本研究的結(jié)果與文獻(xiàn)中發(fā)表的幾項(xiàng)裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相一致，這些實(shí)驗(yàn)顯示了類(lèi)似的觀察結(jié)果。
本教程主要基于 Abdulnaser M.
具體步驟如下：
進(jìn)行 XFEM 分析，得到結(jié)構(gòu)中的裂紋擴(kuò)展路徑和應(yīng)力強(qiáng)度因子。
將裂紋擴(kuò)展路徑和應(yīng)力強(qiáng)度因子作為輸入，進(jìn)行疲勞分析，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的剩余壽命。
通過(guò)這種方法，可以考慮裂紋擴(kuò)展對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響，提高疲勞分析的準(zhǔn)確性。
WB通過(guò)兩種方式進(jìn)行斷裂力學(xué)網(wǎng)格劃分，我們分別計(jì)算容器部件的某接管處產(chǎn)生初始裂紋后，應(yīng)力強(qiáng)度因子和J積分，G能量釋放率的計(jì)算。
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裂紋分析支持基于應(yīng)力強(qiáng)度因子和裂紋擴(kuò)展的數(shù)值模擬進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷容限分析及機(jī)器的余壽評(píng)估，模塊內(nèi)嵌了300+裂紋子模型，可完美適配各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的裂紋形式。
圖17 裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)
提取裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子如圖18所示。
