開裂分析的案例
注塑制品開裂的原因分析
注塑制品開裂的原因分析
開裂，包括制件表面絲狀裂紋、微裂、頂白、開裂及因制件粘模、流道粘模而造成或創傷危機，按開裂時間分脫模開裂和應用開裂。主要有以下幾個方面的原因造成：
1．加工方面：
（1）加工壓力過大、速度過快、充料愈多、注射、保壓時間過長，都會造成內應力過大而開裂。
（2）調節開模速度與壓力防止快速強拉制件造成脫模開裂。
（3）適當調高模具溫度，使制件易于脫模，適當調低料溫防止分解。
（4）預防由于熔接痕，塑料降解造成機械強度變低而出現開裂。
（5）適當使用脫模劑，注意經常消除模面附著的氣霧等物質。
（6）制件殘余應力，可通過在成型后立即進行退火熱處理來消除內應力而減少裂紋的生成。
2．模具方面:
（1）頂出要平衡，如頂桿數量、截面積要足夠，脫模斜度要足夠，型腔面要有足夠光滑，這樣才防止由于外力導致頂出殘余應力集中而開裂。
（2）制件結構不能太薄，過渡部份應盡量采用圓弧過渡，避免尖角、倒角造成應力集中。
（3）盡量少用金屬嵌件，以防止嵌件與制件收縮率不同造成內應力加大。
（4）對深底制件應設置適當的脫模進氣孔道，防止形成真空負壓。
（5）主流道足夠大使澆口料未來得及固化時脫模，這樣易于脫模。
（6）主流道襯套與噴嘴接合應當防止冷硬料的拖拉而使制件粘在定模上。
3．材料方面：
（1）再生料含量太高，造成制件強度過低。
（2）濕度過大，造成一些塑料與水汽發生化學反應，降低強度而出現頂出開裂。
（3）材料本身不適宜正在加工的環境或質量欠佳，受到污染都會造成開裂。
展開 某SUV車型工裝樣車擺臂結構開裂問題優化分析
針對某款SUV車型工裝樣車襄陽試驗場可靠性道路試驗擺臂結構開裂問題，首先根據多體動力學模型輸出的擺臂在各個極限工況下的受力情況對開裂擺臂進行強度和疲勞分析，使問題再現；在此基礎上應用HyperMorph和HyperStudy優化模塊對需要優化的幾何結構進行優化，找到最佳的基于強度的優化幾何尺寸，快速有效的解決工程驗證中出現的實際問題。
李芹英_某SUV車型工裝樣車擺臂結構開裂問題優化分析.pdf
PE注塑開裂的原因分析及解決辦法？
要分析零件開裂的原因和解決辦法，我們需要從四個角度出發：
溫度（模溫和料溫）
注塑的壓力
材料流動
零件的冷卻
其次，PE注塑開裂的位置也是由不同原因導致的：
當開裂產生在材料流動的方向
開裂的原因是材料分子的方向、排列。換句話說，PE這類長鏈兒的
聚合物
在注入這個模具時太過排列整齊了。所以，我們需要把這些聚合物打散。
可以采用的解決辦法是
（1）. 改變注入材料的速率（提高或降低）
（2）. 提高模溫來降低冷卻的速率
當開裂產生在材料內部（不在表面）
這個是PE等透明材料注塑的普遍問題，我們經常能在PE零件臨近斷裂時發現它內部產生裂痕。產生的原因通常是，在注塑過程中腔體中的壓力不適（過高或過低），使材料內部產生額外的壓力。
可以采用的解決辦法就是，調整注塑模具（腔體）中的壓力。
當開裂產生在尖端（有角兒的地方）
開裂的原因是PE材料過高的硬度導致的材料收縮。
可以采用的解決辦法是
（1）. 通過在模具中注入更多的材料來提高腔體內的壓力
（2）. 減少冷卻時間，更早地推出零件，以避免多余的收縮現象產生
當開裂產生在表面（細小的縫隙，多產生在零件完成的幾天，幾個月，幾年之后）
開裂的原因是零件表面的材料，分子的方向和排列。塑料零件的材料表面都會有壓力存在，隨著日曬，氧化以及其它不可避免的化學反應的發生，表面材料的力度會降低，于是內部的壓力將表面材料撕裂，產生了表面的開裂。
展開 ANSYS鋼筋混凝土結構開裂計算介紹 附ANSYS土木工程應用實例下載
3.2．SOLID65開裂動力分析
對第2.2節同樣的問題用SOLID65和BEAM188單元進行動力分析。
圖24 為在動力載荷作用下梁端一點的Y向位移歷程，圖25為同一模型不考慮開裂情況下梁端一點的Y向位移歷程（將抗拉強度設置為無窮大即可不考慮開裂）。
計算結果與前面CivilFEM結果很接近，只是由于考慮了抗拉強度，所以開裂后的峰值位移要稍小一些。
圖26為時間為1秒時開裂分布圖，圖27為開裂狀態，灰色部分沒有開裂，其余為開裂部分，不同顏色代表不同張開度，紅顏色表示完全閉合，籃顏色表示最大張開。
4．結論
鋼筋混凝土開裂分析中，針對不同的結構可采用不同的ANSYS技術，對于梁結構，可以直接用CivilFEM非線性混凝土模塊進行開裂計算，快速而準確。對于不適于梁的結構，可以采用SOLID65單元和BEAM188單元以及耦合方程技術進行任意實體結構的開裂分析。
通過適當的設置，可以保證計算收斂，得到合理的結果。
本文算例比較的結果不僅反映了方法可行，而且說明精度也是足夠的。
展開 
ANSYS鋼筋混凝土結構開裂計算介紹
圖20為載荷1500N 時開裂計算得到的Y向位移圖，梁端最大為0.0062m，圖21為不考慮開裂的Y向位移圖，梁端為0.0017m（將抗拉強度設置為無窮大即可不考慮開裂），結果與CivilFEM相同，開裂使得位移增加了很多。
SOLID65單元可以繪圖表示開裂區，圖22、23為載荷1500N和-1500N 時開裂區分布。
3.2．SOLID65開裂動力分析
對第2.2節同樣的問題用SOLID65和BEAM188單元進行動力分析。
圖24 為在動力載荷作用下梁端一點的Y向位移歷程，圖25為同一模型不考慮開裂情況下梁端一點的Y向位移歷程（將抗拉強度設置為無窮大即可不考慮開裂）。
計算結果與前面CivilFEM結果很接近，只是由于考慮了抗拉強度，所以開裂后的峰值位移要稍小一些。
圖26為時間為1秒時開裂分布圖，圖27為開裂狀態，灰色部分沒有開裂，其余為開裂部分，不同顏色代表不同張開度，紅顏色表示完全閉合，籃顏色表示最大張開。
4．結論
鋼筋混凝土開裂分析中，針對不同的結構可采用不同的ANSYS技術，對于梁結構，可以直接用CivilFEM非線性混凝土模塊進行開裂計算，快速而準確。對于不適于梁的結構，可以采用SOLID65單元和BEAM188單元以及耦合方程技術進行任意實體結構的開裂分析。
通過適當的設置，可以保證計算收斂，得到合理的結果。
本文算例比較的結果不僅反映了方法可行，而且說明精度也是足夠的。
懸臂梁由于其特殊性，是屬于開裂計算中比較難以處理的一種結構，這里得到了比較合理的結果，這說明對于其它類型的結構，ANSYS技術同樣是可以處理的。
來源：ANSYS學習與應用
展開 原創#含有預制裂紋和弱化界面的映射網格模型的開裂分析
<p>前面介紹了含有弱化界面的映射網格模型建立，那么基于這樣的網格，我們該如何做開裂失效分析呢，通過批量插入cohesive單元可以模擬更為真是的裂紋擴展路徑，下面給一個含有弱化界面和本征裂紋的win7圖標的拉伸開裂模擬和沖擊開裂模擬：</p><p>win7圖標的拉伸開裂模擬：</p><p>1 有限元模型</p><div contenteditable="false" width="100%"><img src="https://img.jishulink.com/upload/201810/419dd539df734e6085bc3c3aa7b344b1.jpg" title="A1.jpg" alt="A1.jpg" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/201810/419dd539df734e6085bc3c3aa7b344b1.jpg?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/201810/419dd539df734e6085bc3c3aa7b344b1.jpg?
展開 技術 | 5083鋁合金焊縫開裂的原因分析及預防措施
摘要：通過力學性能試驗及金相組織、斷口形貌分析，對5083鋁合金焊縫開裂的原因進行分析并制訂出預防措施。試驗結果表明：母材質量不穩定，造成部分母材及焊接接頭熔合線部位在有腐蝕介質的環境下，出現腐蝕現象，產生腐蝕坑；熔合線處腐蝕坑在拉應力作用下發生裂紋，產生非過載的損傷型斷口。提高母材質量后，將接頭進行焊后去應力處理，未發生腐蝕現象，未發現接頭裂紋.。
一、前言
隨著我國高鐵、動車事業的發展，動車為了達到輕量化，提高動車運行速度，很多結構件采用了5083鋁合金。5083鋁合金為Al-Mg系列非熱處理強化鋁合金，與焊接填充材料5087匹配后焊縫裂紋敏感性低于10%，屬于非常容易焊接的鋁合金。
動車頂部某焊接結構件(材質5083鋁合金)，在動車的入庫檢修過程中發現某部位焊接接頭出現裂紋；在隨后的檢修過程中，斷斷續續發現幾件同樣在此部位開裂的結構件，這些開裂的結構件均是在同一月份內完成制造裝車運行的。
二、裂紋分布及擴展路徑
該焊接接頭為環焊縫，裂紋的發生部位均是在圓柱正面一側焊縫與支管交接的熔合線處，裂紋從熔合線部位開始起裂，沿著支管的橫截面進行擴展。而在環焊縫的其它部位均未發現裂紋。見圖1。
為了觀察裂紋的深度以及確定裂紋初始位置及擴展路徑，選取整個環焊縫焊接接頭，沿著截面剖開，如圖2，可以清楚看出裂紋起源于焊縫的表面熔合線，但未沿焊縫熔合線繼續開裂而是沿母材開裂，母材裂穿，并沿母材徑向繼續開裂，從而可以排除是由焊縫內部缺陷引起的裂紋。
展開 國高材案例 | 電子產品固定裝置開裂失效分析及成分分析
01
案例背景
某電子產品的固定裝置出現螺絲柱開裂，前期嘗試通過調整螺絲尺寸、扭矩設定及組裝工藝的條件參數仍會再現不良。據了解，失效件來自多個生產批次，但其原材料集中在同一批次中，考慮失效模式可能為配方工藝失效，所以進行失效位置的全成分定量分析及失效分析。
02
案例分析
失效件原材料集中在同一批次，其他批次原材料未出現失效斷裂，需進行該批次原材料的全成分定量分析，且該裝置是裝配后出現的失效，分析方案需要考慮裝配件的影響，并對裝置進行應力評價測試。
03
結果分析
(1) 形貌分析
掃描電鏡形貌結果顯示，NG件斷裂面孔洞缺陷處表面較為粗糙，呈現“顆粒狀”（見圖1）；并且NG件螺孔內表面有明顯的弧形凹陷形貌（見圖2）；靠近孔洞缺陷的一側斷面較為平整（見圖2(a)區）；另一側斷面較粗糙、有弧形擴展紋、靠近外邊緣有臺階狀形貌（見圖2(b)區、(c)區）。
圖1. NG件斷裂螺柱內部孔洞放大圖
圖2. NG件斷裂螺柱內部形貌
(2) 成分分析
根據定性定量成分分析測試結果表明，NG件和OK件主要成分均為POM材質，助劑和填料成分存在差異。其中OK件中含有較多苯代三聚氰胺BGA，且含量高于NG件，其抗氧劑含量也高于NG件；NG件中含有硫酸鋇和磷酸三苯酯，而OK件幾乎沒有。
圖3 產品裂解圖
(3) 應力評價
采用鹽酸對樣品進行應力評價，如圖3所示，酸蝕后的OK件底端、側端均出現橫向裂紋；OK件側端、OK件頂端出現由內向外的應力開裂。表明制件在這些位置存在較大的內應力，容易產生應力集中。
展開 乙烯裂解爐輻射段爐管鼓包開裂失效分析
分析認為，管徑突變以及焊縫余高過大是導致爐管內壁腐蝕減薄及蠕變開裂的主要原因。
某SUV車型工裝樣車擺臂結構開裂問題優化分析
本文針對某款SUV車型工裝樣車襄陽試驗場可靠性道路試驗擺臂結構開裂問題，首先根據多體動力學模型輸出的擺臂在各個極限工況下的受力情況對開裂擺臂進行強度和疲勞分析，使問題再現；在此基礎上應用HyperMorph和HyperStudy優化模塊對需要優化的幾何結構進行優化，找到最佳的基于強度的優化幾何尺寸，快速有效的解決工程驗證中出現的實際問題。
1 開裂問題描述
某SUV車型工裝樣車襄陽可靠性道路試驗中，出現擺臂下蓋板焊縫處出現開裂，如圖1所示。開裂區域滿足材料要求、焊接質量要求，初步診斷為下蓋板結構尺寸不到位，在某一極限工況下引起焊縫處應力集中，導致疲勞耐久問題引起的開裂。為了快速有效的解決這一工程實際中的開裂問題，首先應用多體動力學模型進行極限工況的仿真，輸出各極限工況下擺臂三個接附點的受力情況，根據擺臂的受力情況對擺臂進行強度分析、焊縫疲勞分析、剛度分析，確定引起開裂的工況以及原因，使工程實際問題在CAE仿真中再現，由于后期出現的問題涉及到開模、時間周期等問題，最后決定通過優化下蓋板與上蓋板的連接尺寸進行開裂問題優化，應用HyperMorph和HyperStudy模塊對下蓋板進行基于擺臂的強度、剛度為目標的優化，最后對優化后的下蓋板工程數據進行強度、剛度、疲勞的驗證分析，快速有效的解決了這一開裂問題。
2 整車多體動力學分析
本次分析多體動力學模型包括前懸架系統、動力總成系統、轉向系統、穩定桿、后懸架系統以及車體，其中車體為剛體，動力總成簡化為具有轉動慣量的集中質量，懸架系統彈簧、襯套以及緩沖塊的剛度以及阻尼都是實際樣車測得的數據。根據樣車襄陽實際道路可靠性試驗情況輸出擺臂典型的三個極限工況下的載荷，極限工況主要有顛簸工況、轉彎工況、制動工況，各個極限工況的載荷見表1。
展開 摔碎的燈泡-Abaqus/Explicit脆性開裂分析要點總結 ￥79.98
在上次介紹完Brittle Cracking這個脆性開裂材料模型之后，有朋友反映不能做出我做的那種玻璃開裂的效果。可能是沒注意到幾個關鍵的地方，今天我把要點給大家講一下。
首先，回顧一下脆性開裂材料模型涉及到的材料失效模式，我們會設置材料的斷裂應力，計算時Abaqus會判斷單元在拉伸和剪切方向是否達到所設定的斷裂應力，達到之后材料就開始軟化，軟化路徑就是我們定義的表格式應力-斷裂應變曲線，當應變為我們設置的斷裂應變值時，單元刪除開始執行。
Brittle Cracking分析要點涉及到單元刪除、狀態輸出與網格設置等內容，下面總結如下。
☆要點1：單元類型里設置單元刪除。
單元刪除設置
☆要點2：Field Output里設置狀態輸出。
狀態輸出設置
☆要點3：殼單元的類型最好選擇三角形單元，這樣裂紋會更隨機，四邊形單元做出的裂紋呈鋸齒狀，不太符合實際情況。
☆要點4：單元密度一定要足夠大，否則單元刪除的速度會大于裂紋擴展的速度，達不到碎裂的效果。
單元密度要足夠大才能更好地捕捉到裂紋路徑
內部導線與鎢絲我們采用beam單元來模擬。
導線采用beam單元
燈泡落地計算結果：
速度云圖
玻璃材料的局部透明化顯示
使用brittle cracking模型進行仿真時的要點大致是這些，大家可以試一下，參照這幾條對脆性材料進行失效仿真，很容易做出這種碎裂的效果。
付費部分是本文案例：燈泡碎裂分析的inp文件。
展開 
加氫裝置高壓換熱器開裂原因分析及預防和解決對策
5
換熱管的電鏡分析
在斷口上切取樣品，采用掃描電鏡進行觀察（見圖6）。
微觀斷口可觀察到大量的河流狀花樣、魚骨狀花樣以及撕裂棱，且有可見的二次裂紋，這是管子中殘余應力導致的。
原因分析
（1）由于加工原料變化較大，而未對結鹽溫度進行核算，導致高壓換熱器E106A出現結鹽加重現象。通過采取E106A前臨時注水的方式對銨鹽進行沖洗，但因注水系統流量的限制，使得注水量不足，導致NH4Cl不能全部被沖洗掉。殘留的NH4Cl吸收水分形成水溶液，并水解形成酸性Cl-腐蝕環境，其pH越低，奧氏體不銹鋼對Cl-應力腐蝕敏感性越強。
（2）奧氏體不銹鋼材質換熱管的U形彎處，存在較大殘余應力，管束內彎與反應產物接觸的管子內壁為拉應力集中區域，且管內外壓力差比較大，為14.51MPa。殘余應力和外加載荷是誘導應力腐蝕開裂的力學條件。同時在酸性環境和Cl-腐蝕的共同作用下，管子逐漸產生腐蝕裂紋源并擴展，導致強度減弱。在管內外壓差作用下，造成奧氏體不銹鋼0Cr18Ni10Ti換熱器Cl-應力腐蝕開裂并最終導致爆管。
建議措施
1
加強原料控制
（1）建立加氫裂化裝置原料油總Cl分析平臺，包括分析設備和方法。加強原料總Cl分析監測，健全高低壓分離器脫除水分析項目，加強對重整氫的HCl含量分析。
（2）根據原料中Cl、N含量的分析數據，對原料進行適當摻煉，確保Cl、N含量不超出裝置設防值。
（3）提升連續重整裝置重整氫脫Cl效果，可有效降低包括加氫裂化在內的所有使用重整氫裝置的Cl腐蝕和結鹽風險。
2
優化工藝控制措施
（1）對運行狀況進行監測，及時調整注水。發現壓降較大時，及進在E106A前進行注水，對析出的氯化銨鹽進行沖洗，緩解NH4Cl對管束的堵塞和腐蝕。
展開 基于擴展有限元的混凝土受力開裂計算分析
本文基于大型非線性有限元商用軟件Abaqus模擬混凝土I型開裂行為，主要內容包括：混凝土開裂模型介紹、數值模擬細節、后處理分析。
模型介紹
本文講解的模型數據選自胡少偉課題組[2]，模型尺寸圖所示，彈性模量：30 GPa，泊松比：0.167，抗拉強度：1.65 Mpa，斷裂能：102.8 N/m，預置裂紋長度為80 mm。
圖 1 混凝土開裂模型尺寸
模擬細節
Abaqus以非線性計算為自身優勢，在眾多有限元軟件中一騎絕塵，本文選用Abaqus作為模擬工具。
整體介紹
為減少計算成本，整體采用平面應力模型，讀者也可根據自己需求建立三維實體模型。支座與壓頭使用離散剛體，即剛度無限大，不參與計算過程，不要忽略了剛體的參考點設置。
圖1 2D三點彎曲梁模型圖
材料屬性
應用Maxps Damage斷裂準則，損傷演化采用以能量線性Linear軟化本構，斷裂能參數輸入至Fracture Energy，粘性系數Damage Stabilization Cohesive-Viscosity coefficient選用1.0 e-4~1.0 e-5，該選項的作用是幫助收斂，取值范圍是一個經驗性的取值，具體的范圍取值可參照Ahmad[3]的建議 。
圖 2 材料屬性設置
分析步設置
在斷裂分析中，結構大變形開關應保持開啟(Nlgeom：on)，最大增量步數可以適當調整，初始分析步應相對減小，使得結構在啟裂階段更容易收斂，最小增量步也應適當減小，在這里我設置的1.0E-12，大家可以試一試別的數值，最大增量步無實際含義，保持默認值1不變即可。
展開 加氫裝置高壓換熱器開裂原因分析及預防和解決對策
由圖5可見，金相組織為奧氏體，裂紋源在換熱管內壁，裂紋呈現樹枝狀，既有主干又有分支，屬于穿晶型腐蝕裂紋，具有典型的應力腐蝕開裂特征。樣口顯微硬度分別為
轉換成HB為183.7、192.6、212.0。一般情況下，0Cr18Ni10Ti不銹鋼管冷加工固溶處理后，硬度應小于HB185。由上述測試結果可見，該換熱器硬度不均，且局部硬度偏高。
5
換熱管的電鏡分析
在斷口上切取樣品，采用掃描電鏡進行觀察（見圖6）。
微觀斷口可觀察到大量的河流狀花樣、魚骨狀花樣以及撕裂棱，且有可見的二次裂紋，這是管子中殘余應力導致的。
原因分析
（1）由于加工原料變化較大，而未對結鹽溫度進行核算，導致高壓換熱器E106A出現結鹽加重現象。通過采取E106A前臨時注水的方式對銨鹽進行沖洗，但因注水系統流量的限制，使得注水量不足，導致NH4Cl不能全部被沖洗掉。殘留的NH4Cl吸收水分形成水溶液，并水解形成酸性Cl-腐蝕環境，其pH越低，奧氏體不銹鋼對Cl-應力腐蝕敏感性越強。
（2）奧氏體不銹鋼材質換熱管的U形彎處，存在較大殘余應力，管束內彎與反應產物接觸的管子內壁為拉應力集中區域，且管內外壓力差比較大，為14.51MPa。殘余應力和外加載荷是誘導應力腐蝕開裂的力學條件。同時在酸性環境和Cl-腐蝕的共同作用下，管子逐漸產生腐蝕裂紋源并擴展，導致強度減弱。在管內外壓差作用下，造成奧氏體不銹鋼0Cr18Ni10Ti換熱器Cl-應力腐蝕開裂并最終導致爆管。
展開 設計仿真 | 基于開裂能量密度方法的橡膠件疲勞壽命分析
01Mullins效應
? 通過Mullins效應進行橡膠件的損傷分析，當損傷到達1時，認為橡膠出現開裂，但是在實際仿真計算中需要進行大量的分析計算，工作量巨大。
02彈性體疲勞壽命損傷理論
?通過彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析，基本思想和傳統的金屬疲勞的一致，仿真計算工作量很小，適合在工程計算中應用。
03基于開裂能量密度
? 通過開裂能量密度的方法進行疲勞壽命的計算，基于裂紋擴展的基本假設，考慮拉伸載荷作用和平均應力的修正，并給出關鍵區域的開裂方向。相對于上面的方法，其分析精度較高。
開裂能密度理論介紹
基于開裂能量密度(CED)的彈性體方法屬于裂紋擴展方法的范疇，該方法假設材料中總是存在小裂紋，例如尺寸為c0，并且由于循環載荷，它們會生長，直到達到材料被認為失效的尺寸。假設初始裂紋尺寸c0是材料的特征參數，由于循環載荷，這些裂紋不斷擴展，直到達到材料失效的尺寸cf。裂紋擴展速率r具有冪律的形式：
裂紋擴展速率被定義為每循環次數變化的裂紋尺寸變化dc/dN。其中，Tmax是加載循環中的最大能量釋放率（撕裂能量）。Tc是立即發生斷裂的Tmax的臨界值，rc是對應于Tc的最大裂紋擴展速率。裂紋壽命計算表達式如下：
假設小裂紋的能量釋放率與裂紋的尺寸c成比例，如下所示：
同時，最大的能量釋放率可以表達為如下形式：
可得出，疲勞壽命的計算公式如下：
應該要指出的是，裂紋能量密度不僅取決于應力和應變狀態，還取決于假定裂紋平面的方向。因此，在實際計算中需要進行關鍵平面搜索，以評估使疲勞壽命最小化的方向。
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