裂紋萌生
關注創建者：用戶16892 創建時間：2019-10-13
裂紋萌生的視頻教程
復合材料LaRC05強度準則在Abaqus中的應用
ABAQUS的子程序UDMGINI可結合XFEM，計算三維模型的裂紋萌生和擴展，只需以“ABQ_LARC05_DMGINI”開始命名材料名稱即可對 XFEM 模型進行復合材料破壞模式分析，并模擬裂紋的萌生和擴展過程。
￥66 34分鐘 250播放
查看
MSC Nastran疲勞耐久性技術培訓
教程目標 技術支持 什么是耐久性 疲勞的定義 疲勞的物理基礎 裂紋萌生和擴展：階段I和II 什么是疲勞 疲勞技術 疲勞S-N曲線 疲勞計算歷史簡介 疲勞技術的應用 MSC Nastran嵌入式疲勞介紹 MSC Nastran嵌入式疲勞界面介紹 MSC Nastran 疲勞分析輸入組成介紹 案例：應力疲勞分析 案例：應變疲勞分析 案例：瞬態法疲勞分析 案例：基于疲勞分析的優化設計
免費 2小時54分鐘 3496播放
查看
復合材料切削加工瓶頸與多尺度建模仿真技術探討
現有研究從不同維度推進復合材料切削機理的認知：任滿等學者聚焦SiCp/Al-Ti疊層界面的損傷演化機制，通過實驗觀察發現界面過渡區（厚度約5-15μm）是裂紋萌生的薄弱環節；李炳林團隊則致力于提升力-熱耦合模型精度，提出考慮顆粒-基體動態相互作用的修正本構方程，使切削溫度預測誤差降低至12%以內；滕龍龍等系統梳理了多尺度仿真方法體系，指出分子動力學（納米尺度）-離散元（介觀尺度）-有限元（宏觀尺度
免費 3分鐘 7播放
查看
裂紋萌生的實例教程
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）
!!
展開 疲勞測試結果顯示涂層降低了鈦合金的疲勞極限，而對疲勞裂紋源的觀察可以看到，鈦合金試樣的疲勞裂紋源呈現典型的亞表面無缺陷疲勞裂紋源特征，而高應力下鍍膜試樣的疲勞裂紋源呈現從膜基界面向基體內部擴展的河流狀花樣，這表明涂層開裂改變了基體的疲勞裂紋萌生機制，疲勞裂紋在界面處萌生，涂層裂紋未在界面處停止而滲透到基體中，涂層與基體之間的裂紋是連續的，涂層開裂主導的膜致基體解理開裂成為疲勞裂紋萌生的主要機制。低應力下覆膜試樣的裂紋源呈現與基體材料疲勞裂紋源相似的亞表面無缺陷疲勞裂紋源特征，疲勞裂紋開始于次表面，涂層和基體中的裂紋是不連續的。基體滑移臺階導致涂層斷裂，在已被位錯堆積擠壓的脆性α相上形成附加應力集中，加速了亞表面疲勞裂紋萌生。
圖1 (a)疲勞試樣尺寸及(b)拉-拉軸向疲勞測試結果:帶有涂層鈦合金基體疲勞極限應力顯著下降并且在某臨界應力附件出現裂紋形核機制不同
圖2 不同循環應力下的TiN-TC4試樣疲勞裂紋源形貌及位置統計結果：低于臨界應力疲勞裂紋形核于界面附近的鈦合金基體中，高于臨界應力裂紋形核于涂層/基體界面處
*感謝論文作者團隊對本文的大力支持。
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。歡迎轉載請聯系，未經許可謝絕轉載至其他網站。
展開 疲勞裂紋萌生于發生嚴重內氧化之處，氧元素在超高周疲勞過程中可擴散到裂紋尖端，造成尖端動態脆化，又促進了疲勞裂紋的擴展。圖 1右下角顯示，裂紋尖端附近γ′還發生了局部的筏化。此外研究表明再結晶并不會對DD6合金的超高周疲勞性能和裂紋萌生擴展機理產生影響。
圖
1 所有溫度下的超高周疲勞S-N數據圖，1100 ℃下裂紋從表面萌生、沿{001}面擴展（mode I）及1100 ℃下的氧化與局部筏化情況匯總，紅色箭頭指出了除主要源區以外的多個裂紋萌生位置。（圖片摘要：DOI：10.1016/j.ijfatigue.2021.106343）
圖 2以示意圖的方式，說明了超高周疲勞實驗過程中裂紋由內部萌生轉變為表面萌生的潛在機制。
圖
2 描述
超高周疲勞實驗過程中裂紋由內部萌生轉變為表面萌生的潛在機制的示意圖：（
a）富鋁內氧化的形成；（b）氧化輔助疲勞裂紋萌生；（c）氧化與疲勞交互作用下裂紋擴展。（圖 11：DOI：10.1016/j.ijfatigue.2021.106343）
致謝：
趙子華感謝國家自然科學基金
(91860110)
和國家科技重大專項
(2017-IV-0012-0049,J2019-VI-0022)
的資助。陳博感謝英國工程與物理科學研究委員會、
EPSRC
早期事業資助計劃
EP/R043973/1
的資助。此外陳博感謝北京航空航天大學的宮聲凱教授推動了此次合作。
*感謝論文作者團隊對本文的大力支持
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。
展開 一旦裂紋開始，該分析可能無法收斂，但是這是可以在Abaqus中使用XFEM建模裂紋開始的概念證明
1.建立一個無裂紋的帶孔二維平板模型
2.定義材料屬性，損傷準則及損傷演化
3.裝配，生成分析步，控制輸出，場變量里輸出PHILSM,STATUSXFEM
4.定義XFEM 區域，這個時候不選裂紋所在位置。裂紋的萌生位置由計算結果決定。
5.劃分網格，定義載荷，提交job。
6.查看結果。
未開裂時：
裂紋萌生時：
【圖文導讀】
圖1 原位拉伸裝置及試樣
（a）室溫原位拉伸裝置示意圖
（b）原位拉伸試樣的尺寸
（c）取樣位置示意圖
圖2 原位拉伸實驗之前的光鏡圖及顯微硬度
（a）母材
（b）焊縫
（c）界面
（d）顯微硬度分布圖
圖3 316L不銹鋼不同應變下的同一位置光鏡圖
（a）3%
（b）5%
（c）6.8%
（d）8.3%
（e）9%
（f）9.8%
圖4 Inconel182不銹鋼不同應變下的同一位置光鏡圖
（a）3.2%
（b）4.1%
（c）6.2%
（d）7.2%
（e）9.3%
（f）最終斷裂
圖5 不同應變下的焊縫原位SEM圖
（a）0%
（b）2.1%
（c）3.9%
（d）6.0%
（e）6.3%
（f）最終斷裂
圖6 不同伸長率下的原位取向圖和圖像質量圖
（a）2.1%
（b）3.9%
（c）6.0%
圖7 不同伸長率下的施密特因子圖
（a）2.1%
（b）3.9%
（c）6.0%
圖8 圖5（d）中區域Ⅰ內的放大EBSD圖
（a）SEM圖
（b）局部取向圖
（c）施密特因子圖
（d）極射投影圖
圖9 圖5（d）中區域Ⅱ內的放大EBSD圖
（a）SEM圖
（b）極射投影圖
（c）局部取向圖
（d）施密特因子圖
圖10 不同區域的斷口SEM圖
（a）母材
（b）焊縫
（c）熔合區
圖11 焊接接頭不同區域的裂紋擴展機制示意圖
【小結】
異質接頭的裂紋萌生和擴展主要取決于顯微組織。由于母材中孿晶數量較多，所以裂紋易于在孿晶邊界形核。在焊縫和熔合區處，由于孿晶比較少，所以裂紋易于在滑移帶處萌生。異質金屬焊接接頭不同區域的斷裂機制也不同。母材是典型的韌性斷裂。
展開 
裂紋萌生的相關專題、標簽、搜索
裂紋萌生的最新內容
第二，尺寸效應不是附加修正項，而是決定局部應力、損傷演化和裂紋萌生位置的重要因素。第三，從建模角度看，將剪切損傷模型與應變梯度塑性耦合，是理解微尺度金屬斷裂行為的一條很有前景的路線。對于后續開展超薄板塑性成形、切邊質量控制以及微尺度損傷本構建模，這篇文章都提供了很有價值的思路.
3
疲勞損傷模型（裂紋擴展與萌生）的建立與驗證。
4
各類老化、軟化效應的模型參數識別。
data-initial-src="https://img.jishulink.com/202604/attachment/756da8700b9a4819b6837ccbfd100195.png">
</figure>
</figure><p class="ql-align-justify">代入仿真得到的平均蠕變應變能密度增量1.779，焊球/焊盤直徑0.8mm，得到焊球的溫循疲勞壽命為：裂紋萌生壽命
傳統宏觀實驗很難捕獲納米尺度下冰的裂紋萌生與氫鍵斷裂細節，而分子動力學（MD）模擬恰能在原子層面揭示這些本質機理。借助?GROMACS?這一高性能開源 MD模擬軟件，我們在本案例中對?Ih冰進行拉伸模擬，可視化冰晶格在不同應變階段的演變，為設計抗脆裂冰結構與調控極端低溫材料性能提供前瞻性思路。
6.2 混凝土結構裂縫擴展
在L型板、雙邊缺口試件等經典benchmark問題中，改進模型準確預測了：
裂紋從缺口萌生的位置拉-剪混合模式下的裂紋偏轉峰值荷載后的軟化行為
特別地，模型成功捕捉了DEN試件中法向荷載由拉轉壓的復雜過程，這是檢驗拉壓不對稱處理能力的嚴苛測試。
這會引入額外的幾何誤差與數值誤差：邊界附近應力集中被人為放大、局部剛度出現非物理變化，甚至影響裂紋萌生與剪切帶路徑判斷。對于包含第二相、孔洞、夾雜或復雜晶界網絡的模型，這類局限更突出。
“非匹配網格下的周期性邊界”要解決的關鍵就是：相對兩面不再要求節點一一對應。
# 采用插入Cohesive單元生成多裂紋開展二維巖石切削模擬的必要性
在二維巖石切削數值模擬中，采用**插入Cohesive單元法生成多裂紋**是精準刻畫切削過程中巖石損傷、裂紋萌生-擴展-貫通及碎屑形成的核心技術手段，其必要性可從力學機理表征、數值計算精度、工程適用性三個維度展開分析。
相比之下，直接彎曲的應力分布更分散，沿彎曲區域逐漸變化；而三點彎曲應力集中更明顯，局部應力峰值更高，可能導致更嚴重的局部損傷和潛在的裂紋萌生。
圖6 CuAl合金直接彎曲的位錯形貌
圖7 CuAl合金三點彎曲的位錯形貌
圖6和圖7展示了CuAl合金在直接彎曲和三點彎曲兩種方式下的位錯形貌。
由于芯片（Si）、基板（BT/FR-4/陶瓷）與焊料（SnAgCu）之間存在顯著熱膨脹系數差異，反復的熱應力和剪切應力會在焊點頸部和角部區域集中，促使疲勞裂紋逐步萌生并向內部擴展，最終導致虛焊或開路等失效形式。傳統的壽命預測多依賴經驗曲線和統計公式，但在新材料體系、更復雜的器件結構以及多變工況下往往適用性不足。
疲勞失效是工程結構件的主要破壞形式之一，通常由循環應力（如正弦波載荷）作用下的微觀缺陷（如位錯聚集、裂紋萌生與擴展）逐漸累積所致。分子動力學（MD）模擬能夠在原子尺度揭示高熵合金在循環載荷下的微觀過程，為理解其抗疲勞機理提供重要依據。然而，目前針對高熵合金在正弦波循環應力下的MD研究仍較為有限，尤其是不同成分、溫度及加載頻率對疲勞行為的影響仍需深入探索。
