裂紋尖端的案例
基于ANSYS的裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度
基于ANSYS的裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度
a 裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度KI研究的意義
b 裂紋尖端KI的計(jì)算方法
c 裂紋尖端應(yīng)力奇異性處理
d ANSYS計(jì)算過程及結(jié)果
1、裂紋尖端斷裂力學(xué)參數(shù)研究意義
v 隨著現(xiàn)代高強(qiáng)材料和大型結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，一些按傳統(tǒng)強(qiáng)度理論和常規(guī)方法設(shè)計(jì)、制造的產(chǎn)品，發(fā)生了不少重大斷裂事故。 v20世紀(jì)50年代，美國北極星導(dǎo)彈固體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)射時(shí)發(fā)生低應(yīng)力脆斷。 v1965年，英國某大型合成塔在水壓試驗(yàn)時(shí)斷裂成兩段。 事故調(diào)查發(fā)現(xiàn) →斷裂起源于構(gòu)件中裂紋
va 傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論
缺陷：傳統(tǒng)強(qiáng)度理論并沒有考慮材料中是否有缺陷，對有缺陷的材料，對其安全可靠性不能做出正確的判斷。
b v工程中常見的幾種裂紋
K反映了裂紋尖端應(yīng)力場的強(qiáng)弱程度
c K斷裂準(zhǔn)則
為材料的斷裂韌性
(1)確定含裂紋構(gòu)件的臨界載荷。G，a，KIC → Fc
(2) 確定裂紋的極限尺寸。G，F(xiàn)，KIC → a
(3) 確定帶裂紋構(gòu)件的安全性。
2、裂紋尖端KI的計(jì)算方法
解析法
f(a,w,…)為幾何修正系數(shù)
缺陷：適用于幾何簡單的板類，桿類，梁類構(gòu)件；對于較復(fù)雜得構(gòu)件，無法得到正確的解析解 。
結(jié)論：
v驗(yàn)證了1/4節(jié)點(diǎn)處理裂紋尖端奇異性是可以的。 v
在數(shù)值法計(jì)算中，隨著平板尺寸的增大，KI的值逐漸接近于解析值。
展開 ABAQUS直裂紋、斜裂紋圍道積分計(jì)算裂紋尖端J積分
之前算過一個(gè)關(guān)于裂紋擴(kuò)展的問題，當(dāng)時(shí)創(chuàng)建裂紋選擇的是contour intergral，后來又有人咨詢我裂紋尖端J積分的計(jì)算問題。我才恍然大悟，其實(shí)圍道積分方法還是適用于計(jì)算裂紋尖端在某時(shí)刻的J積分，至于動(dòng)態(tài)擴(kuò)展問題，還是交給XFEM吧（雖然也不太好）。
計(jì)算了幾種情況下的裂紋尖端J積分，包括直裂紋、斜裂紋以及裂紋尖端傾斜等三種情況。
部分試件的應(yīng)力分布及J積分結(jié)果如圖所示：
ABAQUS裂紋尖端應(yīng)變、裂紋擴(kuò)展模擬及問題
前幾天有人問我ABAQUS做焊點(diǎn)分析，我一看他給我的一片文獻(xiàn)，其實(shí)是用ABAQUS做裂紋擴(kuò)展分析。之前也沒接觸過裂紋分析，于是照貓畫虎做了個(gè)算例，但是裂紋沒有擴(kuò)展。
ABAQUS做裂紋有三種方法：contour integral，擴(kuò)展有限元及VCCT法，這里用了contour integral法。
如圖所示，V形楔形處有一個(gè)預(yù)制裂紋，是采用Interaction模塊的assign seam設(shè)定的，裂紋的擴(kuò)展面及方向是通過crack來設(shè)定的，類型為contour integral。材料模型定義了塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，彈性參數(shù)、GTN參數(shù)、脆性失效參數(shù)等。模型上的兩個(gè)孔，一個(gè)固支、一個(gè)勻速拉。預(yù)期當(dāng)裂紋尖端的單元變形達(dá)到某一個(gè)值時(shí)將刪除單元。
您看見了就給個(gè)意見唄。
步驟：
建立模型，進(jìn)行適當(dāng)?shù)膒artition
定義材料：分別定義了elastic彈性參數(shù)、plastic真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、GTN模型參數(shù)、脆性失效參數(shù)（包括一個(gè)叫演化參數(shù)）。
定義預(yù)制裂紋、定義裂紋擴(kuò)展面、方向，定義失效單元的generation。
邊界條件，提交job，查看結(jié)果。
結(jié)果：預(yù)期模型在塑性變形不是很大時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展，但是模型產(chǎn)生了很大塑性變形后仍然沒有發(fā)生失效。
Mises應(yīng)力場：
x方向正應(yīng)力場
x方向真實(shí)應(yīng)變場
x方向塑性應(yīng)變場
裂紋尖端應(yīng)變的結(jié)果還是挺漂亮的，雖然正確性有待考證，如果裂紋出來了就完美了，可惜裂紋沒出來。
展開 abaqus 未能定位裂紋尖端
大佬們，如圖xfem中未能定位裂紋尖端怎么解決
如何在裂紋尖端建奇異單元
如何在裂紋尖端建奇異單元，我只知道在interaction里建crack時(shí)有個(gè)奇異性設(shè)置，里面有提到倒坍單元。可是我選了倒塌單元，然后在mesh中劃分網(wǎng)格時(shí)，只是將邊上結(jié)點(diǎn)從原來的二分之一移到四分之一。沒有出現(xiàn)三角形（我用的是八節(jié)點(diǎn)四邊形單元），我該如何做才能讓它顯示為三角形，而結(jié)點(diǎn)數(shù)仍為8.
ABAQUS二維裂紋擴(kuò)展模擬詳解
ABAQUS裂紋體的建立
在ABAQUS中，根據(jù)裂紋尖端的形狀可以建立兩種類型的裂紋體：尖銳（Sharp）型裂紋和鈍形（Blunt）裂紋，如圖1所示。對于尖銳型裂紋，裂紋尖端存在奇異性；而鈍形裂紋尖端可以看做是一個(gè)具有給定缺口半徑的缺口，因此裂紋尖端不存在奇異性，可以按照常規(guī)有限元的建模方式來建立。在ABAQUS中，兩種類型的裂紋均可以進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度因子分析。
圖1 尖銳型裂紋和鈍形裂紋
對于兩種類型的裂紋，由于裂紋尖端均存在應(yīng)力集中，在裂紋尖端將產(chǎn)生非常高的應(yīng)力梯度，因此劃分裂紋體時(shí)通常需要對裂紋尖端的網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化以獲得精確的應(yīng)力值。需要注意的是，對于尖銳型裂紋，由于裂紋尖端存在奇異性，因此細(xì)化裂紋尖端的網(wǎng)格并不能使得裂紋尖端的應(yīng)力和應(yīng)變值收斂，減小網(wǎng)格尺寸只會(huì)使得裂紋尖端的應(yīng)力值增大；而對于鈍形裂紋，由于裂紋尖端存在鈍形缺口，因此細(xì)化裂紋尖端的網(wǎng)格將最終得到收斂的缺口應(yīng)力值。
在采用兩種類型的裂紋體計(jì)算J積分時(shí)，由于J積分的實(shí)質(zhì)是能量釋放率，因此在進(jìn)行線彈性有限元分析時(shí)，采用非常粗糙的網(wǎng)格也能夠獲得精確的J積分值，即使在這種情況下裂紋尖端的局部應(yīng)力應(yīng)變場并不是十分精確。而在進(jìn)行彈塑性斷裂力學(xué)分析時(shí)，通常需要細(xì)化裂紋尖端區(qū)域來獲得精確的J積分值。
本文僅考慮尖銳型裂紋的建立，在ABAQUS中尖銳型裂紋通常也被稱為seam裂紋，seam裂紋可以看做是部分或完全插入到模型中的代表裂紋的一條邊線，如圖2所示。seam裂紋通常由單元邊線構(gòu)成，在這些單元邊線上的節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)復(fù)制節(jié)點(diǎn)，位于這些單元邊線上的單元不會(huì)共享節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了裂紋面的分離。
圖2 seam裂紋
如圖2中所示，通常裂紋尖端會(huì)采用一圈三角形單元進(jìn)行劃分，在三角形單元的外圍通常還會(huì)圍繞多層四邊形單元進(jìn)行過渡。
展開 在三點(diǎn)彎曲試樣中的裂紋增長
在該階段沒有指定裂紋生長。
在第二階段中，允許裂紋傳播，而剛性表面移動(dòng)另外1.951mm。
一旦裂紋尖端節(jié)點(diǎn)脫粘，尖端處的牽引力最初作為該節(jié)點(diǎn)處的反作用力承載。該力根據(jù)裂紋擴(kuò)展分析中指定的振幅曲線斜降至零。解離節(jié)點(diǎn)處的力下降的方式極大地影響解的收斂。溶液的收斂也受到由于裂紋擴(kuò)展的塑性流動(dòng)的反轉(zhuǎn)的影響。在這種情況下，需要非常小的時(shí)間增量來繼續(xù)分析。在本分析中，在位移場和翹曲自由度平衡方程上定義控制，以松弛公差，從而實(shí)現(xiàn)更快的收斂。由于這個(gè)問題中的非線性的局部性質(zhì)，所導(dǎo)致的精度損失不顯著。通常不推薦解決方案控制的定義。
裂紋長度對時(shí)間
在裂紋長度作為時(shí)間的函數(shù)給出的情況下，分析中的第二步驟包括使用從Kunecke，Klingbeil和Schicker獲取的數(shù)據(jù)使裂紋根據(jù)規(guī)定的裂紋長度對時(shí)間關(guān)系增長。
COD標(biāo)準(zhǔn)
試樣的載荷和裂紋生長的COD標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格說明了臨界裂紋開口位移標(biāo)準(zhǔn)的靈活性。通常，在裂紋尖端的口處測量裂紋開口位移：這被稱為裂紋口開口位移（CMOD）。也可以在初始裂紋尖端所處的位置處測量裂紋開口位移。或者，測量裂紋尖端開口角（CTOA），其定義為裂紋尖端處的兩個(gè)表面之間的角度。裂紋尖端開口角度可以容易地重新解釋為在裂紋尖端后面一定距離處的裂紋開口。在本示例中，演示了使用CMOD和CTOA標(biāo)準(zhǔn)所需的COD規(guī)范。
為了說明的目的，裂紋開口處的裂紋開口位移用作初始脫粘標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)裂紋口處的裂紋開口位移達(dá)到臨界值時(shí)，允許沿裂紋擴(kuò)展表面的前三個(gè)節(jié)點(diǎn)脫粘。為此，采用以下加載順序：在步驟1中，將樣本加載到特定值（不使用裂紋傳播分析），并且在步驟2中，允許第一裂紋尖端節(jié)點(diǎn)脫粘（裂紋擴(kuò)展分析用來）。步驟3和4以及步驟5和6遵循與步驟1和2相同的順序，使得兩個(gè)連續(xù)的節(jié)點(diǎn)可以脫離。
展開 關(guān)于ANSYS斷裂力學(xué)分析清單
T應(yīng)力與裂紋尖端的三軸應(yīng)力水平緊密相連，因此他的幅值可以顯著的改變裂紋尖端塑性區(qū)域的尺寸和形狀。負(fù)值T應(yīng)力可以降低裂紋尖端三軸應(yīng)力水平，即導(dǎo)致較大的裂紋尖端塑性區(qū)域；正值T應(yīng)力可以增加裂紋尖端的三軸應(yīng)力水平，即導(dǎo)致較小的裂紋尖端塑性區(qū)域。裂紋尖端應(yīng)力三軸性越大，則導(dǎo)致裂紋越容易擴(kuò)展。因?yàn)?em>裂紋尖端的塑性區(qū)域小，導(dǎo)致總體塑性變形耗散外部功的能力越弱。因此過高的裂紋尖端應(yīng)力三軸性，導(dǎo)致局部材料退化或損傷。
9) 材料構(gòu)型力:材料力主要用于分析材料的缺陷，如位錯(cuò)，空隙，界面和裂紋等。材料力也成為構(gòu)型力，可以考慮夾雜物中的彈性固體（基體材料）。
對于線性或非線性彈性材料中，材料力矢量與裂紋面相切的分量代表了裂紋尖端的能量釋放率。此外，裂紋擴(kuò)展方向，非均勻性，缺陷和失配網(wǎng)格也可以使用材料力進(jìn)行表征。在彈塑性力學(xué)問題中，材料力矢量與裂紋面相切（平行）分量代表了裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力（J積分）。材料力的計(jì)算不考慮作用在裂紋表面的載荷。
10) C*積分:對于高溫蠕變裂紋擴(kuò)展的研究，目前廣泛采用的控制參量之一是穩(wěn)態(tài)蠕變C*積分。
正如各向同性彈性材料中的J積分一樣，C*積分表征了各向同性材料經(jīng)歷蠕變變形第二階段的裂紋特征。C*積分的表達(dá)式如下：
在彈塑性階段，用以描述裂紋尖端區(qū)域應(yīng)力、應(yīng)變場強(qiáng)度的主要是，積分，因此，積分也就成為了彈塑性斷裂的基本準(zhǔn)則。但材料蠕變條件下，J積分不再適用，此時(shí)能有效地反映裂紋尖端的應(yīng)力應(yīng)變場的是蠕變斷裂參量C*。
來源：本文來自CAE技術(shù)聯(lián)盟公眾號，版權(quán)歸作者所有。
展開 案例44-三維表面缺陷的C積分評估
這個(gè)示例問題顯示了如何評估結(jié)構(gòu)構(gòu)件中裂紋的C*積分。C*積分表征了經(jīng)歷二次（穩(wěn)態(tài)）蠕變變形的均質(zhì)材料的裂紋尖端條件。
討論了矩形塊中一個(gè)簡單的半圓形表面缺陷和沿管狀接頭的翹曲缺陷的分析。
重點(diǎn)介紹了以下特性和功能：
• 評估矩形塊中半圓形表面缺陷的C*積分。
• 評估管狀接頭中翹曲半橢圓表面缺陷的C*積分。
• 三維結(jié)構(gòu)中裂紋前緣周圍的網(wǎng)格。
• 主導(dǎo)裂紋尖端區(qū)域的二次蠕變變形分析控制
介紹
在高溫下運(yùn)行的結(jié)構(gòu)部件可能會(huì)由于結(jié)構(gòu)中預(yù)先存在的裂紋在一段時(shí)間內(nèi)緩慢擴(kuò)展而失效。對于彈性二次冪律蠕變材料模型，裂紋尖端的應(yīng)力和應(yīng)變奇異性可以通過時(shí)間相關(guān)的加載參數(shù)來控制。對于長期載荷，C*積分參數(shù)可以是路徑無關(guān)的，并且僅當(dāng)帶有裂紋的主體經(jīng)歷大范圍穩(wěn)態(tài)蠕變時(shí)才適用于裂紋。
問題描述
具有半圓表面缺陷的矩形塊
該模型固定在塊的一個(gè)面上。壓力載荷施加在對面。塊體在厚度方向上的一個(gè)縱向面的中心具有半徑為20mm的半圓形表面缺陷；裂縫垂直于矩形塊的一個(gè)表面。
將圍繞裂紋前端創(chuàng)建一個(gè)圓環(huán)，以控制裂紋前端的網(wǎng)格。以下是用于使用SOLID186 3-D 20節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)實(shí)體（磚）單元?jiǎng)?chuàng)建掃掠網(wǎng)格的半圓形裂縫和沿裂縫前緣的環(huán)面：
表面有翹曲缺陷的X形接頭管
分析管狀接頭處的半橢圓翹曲表面缺陷，以獲得沿裂紋前緣的C*積分：
問題包括兩個(gè)通過焊接接頭相互連接的管狀構(gòu)件。管狀構(gòu)件（標(biāo)記為管1和管2）具有323.85mm（D1）和219.08mm（D2）的外徑，厚度分別為15.88mm（t1）和8.18mm（t2）。半橢圓表面裂紋位于與較重管道徑向平行的平面上。
將圍繞裂紋前端創(chuàng)建一個(gè)圓環(huán)，以控制裂紋前端的網(wǎng)格。
展開 ——從"無限尖裂紋"到"真實(shí)物理過程"的范式轉(zhuǎn)變
經(jīng)典斷裂力學(xué)假設(shè)裂紋尖端是數(shù)學(xué)上的"無限尖點(diǎn)"，導(dǎo)致應(yīng)力/應(yīng)變出現(xiàn)非物理的奇異性，且完全忽略缺陷尺度對承載能力的影響。新理論通過"均勻化能量密度"框架，證明裂紋尖端變形實(shí)際上是非奇異的，并能客觀預(yù)測缺陷尺寸效應(yīng)，為準(zhǔn)脆性材料的極限承載能力評估提供了物理上一致的方法。
一、經(jīng)典斷裂力學(xué)的"阿喀琉斯之踵"
1.1 數(shù)學(xué)尖點(diǎn) vs 物理現(xiàn)實(shí)
1913年，Inglis分析了含裂紋無限大板的應(yīng)力集中問題，奠定了線彈性斷裂力學(xué)（LEFM）的基礎(chǔ)。其核心假設(shè)是：裂紋尖端是數(shù)學(xué)上的尖點(diǎn)（半徑為零）。
這個(gè)假設(shè)帶來了嚴(yán)重的物理矛盾：
應(yīng)力奇異性：根據(jù)LEFM，裂紋尖端的應(yīng)力隨 發(fā)散，理論上趨于無窮大，裂紋擴(kuò)展將無任何阻力應(yīng)變奇異性：位移梯度在尖端處同樣發(fā)散
1.2 無法解釋的"尺寸效應(yīng)"
經(jīng)典理論的另一個(gè)致命缺陷是無法考慮缺陷尺度對承載能力的影響：
實(shí)驗(yàn)觀測經(jīng)典理論預(yù)測矛盾小孔試樣的斷裂強(qiáng)度顯著高于大孔試樣
應(yīng)力集中系數(shù)恒為3，與孔徑無關(guān)
? 嚴(yán)重不符
微懸臂梁越薄，表觀剛度越大
彈性模量為材料常數(shù)
? 完全失效
裂紋尖端實(shí)際存在斷裂過程區(qū)（FPZ）
裂紋尖端應(yīng)力無限大
? 非物理
這些現(xiàn)象表明，當(dāng)結(jié)構(gòu)特征尺寸（孔徑、裂紋長度、梁厚度）與材料的特征微觀尺度（晶粒尺寸、骨料粒徑、高分子鏈尺度）相當(dāng)時(shí)，經(jīng)典理論徹底失效。
展開 案例36-基于VCCT的復(fù)合材料疊層T形接頭裂紋擴(kuò)展模擬
定義能量釋放率和裂紋擴(kuò)展的輸入
以下示例輸入定義了裂紋尖端1的能量釋放率和裂紋擴(kuò)展模擬集：
結(jié)果和討論
下圖顯示了大致相同時(shí)間步長下應(yīng)力y分量的分布：
最初，裂紋尖端周圍的應(yīng)力變高，尤其是裂紋附近（位于曲線區(qū)域）。隨著應(yīng)力的增加，裂紋尖端的能量釋放速率也增加，并達(dá)到臨界值。當(dāng)滿足以下斷裂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)發(fā)生斷裂：
其中fc是斷裂標(biāo)準(zhǔn)比。建議的比率為0.95到1.05。默認(rèn)值為1.0。
下表顯示了模型中裂紋尖端在兩個(gè)不同時(shí)間步長下的能量釋放速率值，即裂紋擴(kuò)展之前和擴(kuò)展時(shí)：
表數(shù)據(jù)顯示，裂紋擴(kuò)展首先發(fā)生在裂紋尖端1和2處，而裂紋尖端3和4處的裂紋擴(kuò)展稍晚。這種行為表明，主要分層首先發(fā)生在曲線區(qū)域的三角形和覆層之間的界面上，然后發(fā)生在UD編織物和三角形之間。同樣，對于裂紋尖端1、2和4，斷裂標(biāo)準(zhǔn)比比裂紋擴(kuò)展開始后高得多，表明裂紋擴(kuò)展不穩(wěn)定。為避免過度預(yù)測最大加載，使用較小的最小時(shí)間步長（DTMIN）值。
下圖顯示了能量釋放率的增加，直到發(fā)生失效：
該圖顯示了反作用力隨Y方向位移的變化。T形接頭模型在時(shí)間t1、t2和t3的響應(yīng)表明，反作用力首先增加，并在裂紋擴(kuò)展開始之前達(dá)到最大值。在時(shí)間t3之后，幾乎所有的裂紋都開始生長。當(dāng)裂紋擴(kuò)展開始時(shí)，力突然下降并穩(wěn)定下降。
通過界面單元的變形或在后處理中從模型中隱藏界面單元，很容易觀察到分層。
下圖顯示了不同時(shí)間步下板的分層情況：
裂紋尖端1和3的裂紋擴(kuò)展最終合并，從而分離層壓板。
與脫粘能力的比較
使用接觸單元的現(xiàn)有脫粘能力分析T形接頭。內(nèi)聚區(qū)模型（CZM）描述了接觸界面的行為。該模型使用一個(gè)選項(xiàng)來定義具有牽引力和臨界斷裂能（TB，CZM，，，，TBOPT=CBDE）的雙線性材料行為。
展開 
基于ANSYS APDL的有裂紋平板問題的斷裂力學(xué)仿真（PLANE183）
正是這個(gè)載荷使得裂紋繼續(xù)張開。命令運(yùn)行后結(jié)果如下圖。
在命令窗口中輸入
AMESH,1
用于對面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，結(jié)果如下
進(jìn)一步放大裂紋尖端處
可見，圍繞裂紋尖端，第一圈單元有8個(gè)。
在命令窗口中輸入
ALLSEL,ALL
NSEL,S,LOC,X,0
NSEL,R,LOC,Y,0
D,ALL,UX,0
上述命令用于約束住裂紋尖端，使得它不能發(fā)生X方向的位移。
1.5 定義裂紋參數(shù)
在命令窗口中輸入
ALLSEL,ALL
NSEL,S,LOC,X,0
NSEL,R,LOC,Y,0
CM,CRACKTIP,NODE
上述命令用于找到裂紋尖端點(diǎn)，并把它定義成一個(gè)組件，名字叫CRACKTIP。定義完畢后，該組件中只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)，就是裂紋尖端處的這個(gè)節(jié)點(diǎn)。
在命令窗口中輸入
ALLSEL,ALL
CINT,NEW,1
CINT,TYPE,SIFS
CINT,CTNC,CRACKTIP
CINT,SYMM,ON
CINT,NCON,6
CINT,NORM,0,2
上述命令首先選擇所有對象，然后定義了一系列參數(shù)，以便用于后面的裂紋參數(shù)的計(jì)算。
展開 在ANSYS中計(jì)算裂縫應(yīng)力強(qiáng)度因子的技巧
但是方向不一定就是下表面到上表面，而與你裂紋
的開口方向有關(guān)，只要保證沿幾分路徑，裂紋區(qū)域在
路徑的左面。
裂紋尖端應(yīng)該采用奇異單元才行。
3D裂紋采用SOLID95號單元是對的，但計(jì)算裂紋時(shí)的網(wǎng)格劃分是非常講究的：
（1）裂紋尖端需指定為奇異點(diǎn)，命令為KSCON，圍繞裂紋尖端頂點(diǎn)的單元應(yīng)該為二次奇異單元，即把單元邊上的中節(jié)點(diǎn)放到1/4處。
（2）圍繞裂紋尖端的第一行單元，其半徑應(yīng)該是八分之一裂紋長度或更小；沿裂紋周向每一單元最好有30-40度角。
（3）裂紋尖端的單元不能有扭曲，最好是等腰三角形。
（4）在所有的方向上，單元的相鄰邊之比不能超過4:1。
（5）在彎曲裂紋前緣的單元大小取決于局部曲率的數(shù)值，例如，沿圓環(huán)狀彎曲裂紋前緣，在15-30的角度內(nèi)至少有一個(gè)單元，$ }( r! W, Z( o+ V
（6）在有單元的邊（包括裂紋前緣上的）都應(yīng)是直線。7 j& Q, v3 }3 |2 o, Y
可以參考ANSYS幫助中的VM143，VM256驗(yàn)證例子。
展開 案例16-評估3D表面缺陷的混合模式應(yīng)力因子和T應(yīng)力
具有彎曲表面缺陷的X型連接管
分析一個(gè)管狀接頭處的半橢圓彎曲表面缺陷，以在裂紋前沿得到混合模式的SIFs（KI，KII和KIII）。
問題包含兩個(gè)管件由焊點(diǎn)焊接在一起，兩個(gè)管件的外徑分別為323.85mm（D1）和219.08mm（D2），厚度分別為15.88mm（t1）和8.18mm（t2）。半橢圓裂紋位于平行于較重管道徑向的平面上。
圍繞裂紋前沿創(chuàng)建一個(gè)圓環(huán)，以控制裂紋前沿的網(wǎng)格。在焊趾處的半橢圓形表面裂紋沿焊接接頭彎曲，并垂直于外部直徑為323.85mm的管道的厚度方向。
焊點(diǎn)部分的彎曲裂紋通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)的外直徑為323.85mm的管道和一個(gè)在焊接點(diǎn)處垂直于相同管道內(nèi)表面的擠出圓相貫得到，如圖：
建模
對于3D模型，推薦的裂紋前沿的單元類型為SOLID186，20節(jié)點(diǎn)六面體單元。
矩形塊和X型連接管模型由SOLID187單元（除了裂紋尖端附近區(qū)域）劃分網(wǎng)格：
裂紋尖端附近區(qū)域由SOLID186單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格：
由于X型連接管具有兩個(gè)對稱平面，只建模四分之一模型：
如果裂紋面在整體坐標(biāo)系中不垂直于任何組分，應(yīng)該建立一個(gè)局部坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系的一個(gè)組分垂直于裂紋面。舉個(gè)例子，在X型連接模型中，建立了一個(gè)圓柱局部坐標(biāo)系，它的一個(gè)分量垂直于裂紋面，如下圖：
在X型連接點(diǎn)模型中，在厚度方向上的彎曲裂紋垂直于直徑為323.85mm的管的內(nèi)表面。在裂紋尖端建立了一個(gè)圓環(huán)以便得到好的掃描網(wǎng)格，一個(gè)共面將圓環(huán)和剩余體積在界面處分開。
在3D模型中，破裂在裂紋尖端有兩個(gè)共邊緣的面，在圓環(huán)處也是。使用兩個(gè)圓環(huán)面來在裂紋尖端附近創(chuàng)建一個(gè)凈掃描網(wǎng)格，一個(gè)面定義為源面，另一個(gè)面定義為目標(biāo)面。
展開 材料含裂紋的強(qiáng)度計(jì)算
正是這個(gè)載荷使得裂紋繼續(xù)張開。命令運(yùn)行后結(jié)果如下圖。
在命令窗口中輸入
AMESH,1
用于對面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，結(jié)果如下
進(jìn)一步放大裂紋尖端處
可見，圍繞裂紋尖端，第一圈單元有8個(gè)。
在命令窗口中輸入
ALLSEL,ALL
NSEL,S,LOC,X,0
NSEL,R,LOC,Y,0
D,ALL,UX,0
上述命令用于約束住裂紋尖端，使得它不能發(fā)生X方向的位移。（基于平面應(yīng)變假設(shè)，厚度方向的應(yīng)變?yōu)?，則裂紋受到三向應(yīng)力。）
1.5 定義裂紋參數(shù)
在命令窗口中輸入
ALLSEL,ALL
NSEL,S,LOC,X,0
NSEL,R,LOC,Y,0
CM,CRACKTIP,NODE
上述命令用于找到裂紋尖端點(diǎn)，并把它定義成一個(gè)組件，名字叫CRACKTIP。定義完畢后，該組件中只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)，就是裂紋尖端處的這個(gè)節(jié)點(diǎn)。
在命令窗口中輸入
ALLSEL,ALL
CINT,NEW,1
CINT,TYPE,SIFS
CINT,CTNC,CRACKTIP
CINT,SYMM,ON
CINT,NCON,6
CINT,NORM,0,2
上述命令首先選擇所有對象，然后定義了一系列參數(shù)，以便用于后面的裂紋參數(shù)的計(jì)算。
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