XFEM擴展有限元
關注創建者：歸一 創建時間：2020-06-06
XFEM擴展有限元的視頻教程
XFEM擴展有限元的實例教程
在之前的文章中，曾介紹了Abaqus中金屬結構XFEM分析以及基于內聚力的復合材料擴展有限元分析，詳情可點擊以下鏈接。
擴展有限元（XFEM）在結構斷裂分析中的應用（1）（附案例）
【案例解析】如何使用XFEM擴展有限元模擬復合材料裂紋擴展
由于復合材料失效模式繁多，采用內聚力模型時難以準確預測復合材料結構面內的復雜失效模式，因此，通常需要結合一些新的復合材料強度理論，如Hashin，Puck，LaRC05等，有關先進復合材料強度理論的內容，可查看復合材料力學公眾號前期推送的《復合材料失效理論知多少》專題，可在歷史文章中查找，此處不再贅述。
通常在做復合材料漸進失效分析時，多采用UMAT、VUMAT、USDFLD、VUSDFLD等子程序來實現失效理論和損傷演化方式在有限元中的集成。上述方法都是通過單元刪除或者單元剛度退化來表征裂紋的擴展。且傳統的有限元方法（FEM）在處理這類問題時需要在局部對網格進行極其細致的劃分。而擴展有限元方法（XFEM）則可以打破這種局限性，在遇到應力場或者局部應力梯度較大的問題時，XFEM并不需要在某個特定的局部對網格進行特殊的處理，也可以得到比較準確的預測值。與此同時，XFEM還可以在沒有預制裂紋路徑的情況下，不需要重新劃分網格實現裂紋沿著任意路徑擴展。
2017版之后的Abaqus中所集成的LaRC05準則便是通過擴展有限元方法來模擬裂紋擴展，且在2021版以后又做了一些改進，具體可查看公眾號以前發布的3篇文章。
展開 分析類型：基于擴展有限元（XFEM）模型的裂紋擴展現象模擬
分析平臺：ANSYS17
技術難點：斷裂模型建模
關鍵詞：斷裂力學 擴展有限元 裂紋擴展
完成人：技術鄰ANSYS專家
業務咨詢網址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
技術背景：金屬的斷裂損傷
工程意義：金屬損傷
研究對象：帶孔板
初始裂紋位置1的裂紋擴展
初始裂紋位置2的裂紋擴展
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展開 前言
擴展有限元法（XFEM）是解決裂紋、孔洞、夾雜等間斷問題最有效的數值方法，該方法是在傳統有限元的位移模式中增加了能反映間斷問題的改進函數項，同時附加了節點自由度，采用水平集法（LSM）描述追蹤界面動態變化。與傳統有限元相比，擴展有限元法所使用的計算網格與結構內部無關，無需多次進行網格重劃分，大大降低了計算成本。本篇推文首先將會介紹XFEM的基本原理，然后借助一個混凝土三點彎曲梁受力開裂的案例帶著大家了解XFEM在Abaqus中的操作流程（直播演示），最后與超算平臺的計算時間進行對比，突顯在模型單元數量較大的情況下云計算的優勢。
展開 ABAQUS中擴展有限元（XFEM）功能簡介
擴展有限元（Extended Finite Element Method）是一種解決斷裂力學問題的新的有限元方法，其理論最早于1999年，由美國西北大學的教授Belyschko和Black首次提出，主要是采用獨立于網格剖分的思想解決有限元中的裂紋擴展問題，在保留傳統有限元所有優點的同時，并不需要對結構內部存在的裂紋等缺陷進行網格劃分。
ABAQUS基于在非線性方面的突出優勢，在其6.9的版本中開始加入了擴展有限元功能，到6.13做了一些修正，加入了一些可以被CAE支持的關鍵字。目前為止，除了手動編程，能夠實現擴展有限元常用的商業軟件只有ABAQUS，今天，我們就來談談ABAQUS中如何實現擴展有限元。
詳見附件:
...ABAQUS中擴展有限元（XFEM）功能簡介.pdf
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XFEM擴展有限元的相關專題、標簽、搜索
XFEM擴展有限元的最新內容
? 材料與失效，精準復刻現實：內置 300 + 材料本構與失效準則組合，覆蓋金屬、復合材料、泡沫、橡膠、混凝土、生物材料等全品類；集成 XFEM 擴展有限元、非局部損傷、復合材料分層追蹤等模型，精準模擬金屬撕裂、玻璃破碎、電池熱失控、裝甲侵徹等復雜失效行為，為結構安全評估提供數據級支撐。
擴展有限元、Cohesive Zone Method粘結層算法
并行/高性能計算算法
大規模復合材料結構仿真
MPI/OpenMP、GPU并行求解器、子結構并行分析
三、主流軟件工具
軟件類別
在交流群中，有人多次問到這個問題，所以直接把方法貼在了下面，希望大家可以輕松解決
Abaqus 給出的錯誤提示：
The following XFEM cracks are failing to correctly generate. The error conditions are listed with the crack names:
Crack-1 - Crack domain
擴展有限元法一個例子足以-三點彎曲開裂
https://www.yqgqt.org.cn/video/c13821
六折
沉澱原創精品系列2：cohesive element and surface一個例子足以-三點彎曲開
https://www.yqgqt.org.cn/video/c13827
六折
擴展有限元方案，基于該方法探討了四種常見的裂紋形核與擴展準則：
（1）局部主應力和對應主平面的法線準則（MAXPS）
（2）局部主塑性應變和對應主平面的法線準則（(MAXPPE）
（3）局部最大滑移并且垂直于主滑移系統準則（MAXSLP）
（4） 位錯儲能并垂直于主滑移系統能量準則（MAXDIS）
再研究裂紋形核與擴展方面模擬能力的對比
: 擴展有限元
鈑金沖壓成形計算速度提升
新的用戶界面（板料成型）
深圳市優飛迪科技有限公司成立于2010年，是一家專注于產品開發平臺解決方案與物聯網技術開發的國家級高新技術企業
擴展有限元法(XFEM)及其應用[J]. 力學進展, 2005, 35(1): 5-20. doi: 10.6052/1000-0992-2005-1-J2004-054
自1999年美國西北大學以Belytschko教授為代表的計算力學課題組[1]提出的擴展有限元概念至今已有23年，該理論基于傳統有限元的單位分解思想，在不連續位置通過富集自由度的形式表達不連續場，既保持了計算過程中的收斂性，又可以很好的解決傳統有限元在面對不連續問題時的困境。
“云計算”是計算機快速發展的產物，可以非常有效地解決數值模擬中遇到的內存不足、性能不佳、數據丟失等問題。
本人長期從事ABAQUS軟件仿真模擬，擅長平板焊接（高斯面熱源、高斯體熱源、雙橢球熱源、圓臺柱熱源等），基于子程序的摩擦攪拌焊接，壓力電阻焊接，子程序二次開發（UEXPAN、USDFLD、UHARD、FILM、DISP、DFLUX、CREEP等），基于子程序的相變模擬，裂縫模擬（應力強度因子、J積分等），裂紋擴展（XFEM擴展有限元、cohesive element、cohesive surface
本人長期從事ABAQUS軟件仿真模擬，擅長平板焊接（高斯面熱源、高斯體熱源、雙橢球熱源、圓臺柱熱源等），基于子程序的摩擦攪拌焊接，壓力電阻焊接，子程序二次開發（UEXPAN、USDFLD、UHARD、FILM、DISP、DFLUX、CREEP等），基于子程序的相變模擬，裂縫模擬（應力強度因子、J積分等），裂紋擴展（XFEM擴展有限元、cohesive element、cohesive surface
