隨機裂紋
關注創建者：豪哥 創建時間：2020-08-25
隨機裂紋的視頻教程
隨機裂紋的實例教程
基本模型如下，在綠色表面分別建立半橢圓裂紋(Semi-Elliptical Crack)和隨機裂紋(Arbitrary Crack)進行計算：
一、半橢圓裂紋(Semi-Elliptical Crack)
1、建立局部坐標系如下圖，注意x軸指向裂紋深度方向，z軸指向裂紋長度方向：
2、添加半橢圓裂紋
選中Model單擊工具欄Fracture即可添加裂紋功能如下圖：
右擊Fracture->Insert->選擇Semi-Elliptical Crack添加半橢圓裂紋如下圖：
3、半橢圓裂紋參數設置及說明
4、網格設置及劃分
單元階數設置為二階如下圖：
單元形狀設置為四面體如下圖：
右擊選擇Generate All Crack Meshes生成網格如下圖：
5、加載
底面施加固定約束，頂面施加拉力10000N如下圖：
6、查看計算結果
除查看變形、應力等結果外，可以添加Fracture Tool查看裂紋尖端強度因子如下圖：
Fracture Tool選擇Semi-Elliptical Crack如下圖：
應力強度因子結果如下圖：
二、隨機裂紋(Arbitrary Crack)
1、建立裂紋體如下圖中Surface Body：
2、建立局部坐標系如下圖，注意x軸指向裂紋深度方向，z軸指向裂紋長度方向：
3、添加隨機裂紋
隨機裂紋的形狀不固定，這里做成了長方形。
展開 案例說明
在現實中的絕大多數材料并非均質，材料內部難免會存在一定數量的缺陷，如微觀孔隙、裂紋等，同時由于生成工藝的不同這些微損傷可能存在各向異性，本案例提供在微觀裂紋數目及長度一致的情況下，初始裂紋分布對材料力學性能的基礎分析。
模擬過程
首先建立隨機裂紋分布模型，裂紋數目均為100條，采用四種不同走向的裂紋分布模式：
這里建模用到了CAD隨機纖維2D插件，分別生成45°相交裂紋、隨機走向裂紋、豎向走向裂紋、水平走向裂紋。同時為了方便網格劃分及計算，通過插件限定裂紋之間保持一定的間距。
模型建立完成后進行網格劃分、設置材料屬性、建立分析。這里為了方便計算，進行固體力學穩態分析，設置試件下邊界為固定約束，在上邊界添加相同大小的均布拉力。
進行模型分析，查看應力結果：
建模插件：
CAD隨機纖維2D
展開 在COMSOL中可采用CAD模型導入的方式實現隨機裂紋或是纖維材料的建模。首先需要在CAD內生成所需的三維纖維模型，這里用到了CAD_隨機纖維3D插件。模型建立如下圖所示。注意這里的纖維采用的是線，而非實體。
將長方體基體導出為.sat文件，同時將刪除基體后的線狀纖維另存為.dwg文件。
打開COMSOL軟件，在幾何菜單下選擇導入三維CAD文件，選擇剛剛保存的.dwg文件，并將要導入的對象更改為曲線和點，可選擇合并曲線對象。構建對象，這樣三維的線就導入到COMSOL軟件內了。
下一步我們將長方體的基體材料也導入到COMSOL內，其實這一步也可以在COMSOL中直接建模完成。還是選擇導入，選擇剛剛保存的.sat文件，在這里要導入的對象需要選擇實體。
到這一步纖維跟基體就全部導入到COMSOL內了。
如果想再COMSOL內模擬線性的裂縫，需要將基體進行分割操作，選擇布爾操作和分割-差集。要添加的對象選擇基體，要減去的對象選擇纖維。
構建對象后，基體材料就被纖維分割完成，形成了基體內的線狀裂縫。
后面進行網格剖分分析等，可根據自己的要求進行。
最后看一下GIF效果圖：
在建模過程中所采用的AutoCAD插件可以在這里下載得到：
CAD_隨機纖維3D插件
如需2D版本可通過下面鏈接下載：
CAD隨機纖維2D插件
展開 振動與噪聲\考慮隨機擾動時裂紋轉子系統的分叉與混沌特性<BR><Font color=#FF0000><B>.PS.:</B>該帖附件于2006-10-13 16:22:38被hawk評為4星級，為發貼者加分80。</Font><BR><Font color=#FF0000><B>點評:</B></Font>
考慮隨機擾動時裂紋轉子系統的分叉與混沌特性.pdf
摘要: 應用Monte2Carlo 隨機模擬法, 分析了白噪聲擾動下裂紋轉子系統的非線性特性。著重研究了當隨機擾動存
在時, 裂紋轉子中剛度變化比、轉速比等參數對系統分叉及混沌行為的影響。數值模擬表明, 在擬周期與混沌解及
其臨近的分叉參數區間, 隨機擾動對系統的響應有比較顯著的影響, 且隨機擾動的幅值越大, 其影響也越明顯; 而
在周期解處, 隨機擾動對系統響應的影響比較小。
考慮隨機擾動時裂紋轉子系統的分叉與混沌特性.pdf
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展示的模型分三大類CDP本構下的三點彎曲模型、XFEM隨機裂紋拓展模型和XFEM帶預制裂模型（可以再此基礎上研究尖端-開裂應力因子等）。建模過程詳細，所需注意的重點也給指出，對纖維混凝土學者應該會有很大的收獲。
下列將展示具體模型CAE和結果文件、教學視頻文件和參考論文等可用文件。如果有相關研究人員，可自行購買下載，購買后可免費與博主進行深入溝通交流，針對所難進行免費回答。
F-111事件清楚昭示了“安全壽命”設計觀念的重大缺失：飛機在制造過程中不小心所造成的微小裂紋有可能因檢驗疏失而隨機存在某些結構上，對飛機服役期間的結構安全帶來致命威脅，但“安全壽命”的疲勞分析或是全機疲勞試驗，都假設結構件上沒有任何初始缺陷或裂紋存在，根本無法計入這些隨機小裂紋對結構疲勞壽命造成的影響。
模擬過程
首先建立隨機裂紋分布模型，裂紋數目均為100條，采用四種不同走向的裂紋分布模式：
這里建模用到了CAD隨機纖維2D插件，分別生成45°相交裂紋、隨機走向裂紋、豎向走向裂紋、水平走向裂紋。同時為了方便網格劃分及計算，通過插件限定裂紋之間保持一定的間距。
模型建立完成后進行網格劃分、設置材料屬性、建立分析。
CAD隨機纖維2D插件用于在AutoCAD內生成隨機直線，可用于導入comsol、Abaqus、ANSYS、Fluent等軟件內進行纖維模型、線性梁單元、隨機裂縫、裂紋等方面的建模。
插件可控制生成的隨機線分布區域、線條數目、線條長度范圍、線條走向角度等信息。同時可控制線條之間是否會相交以及線條間的最小間距信息，以滿足有限元網格劃分的要求。
在COMSOL中可采用CAD模型導入的方式實現隨機裂紋或是纖維材料的建模。首先需要在CAD內生成所需的三維纖維模型，這里用到了CAD_隨機纖維3D插件。模型建立如下圖所示。注意這里的纖維采用的是線，而非實體。
將長方體基體導出為.sat文件，同時將刪除基體后的線狀纖維另存為.dwg文件。
驗證結論
選取產品執行上述整改措施，熱處理后進行磁粉探傷檢測未出現裂紋等缺陷，隨機選取兩件實物試棒按要求進行縱向、橫向取試，得到如下數據，見表5：
表5 改進后實物機械性能數據
根據表5 性能數據可知：按照調整后的工藝流程和熱處理工藝執行后，產品滿足技術要求并避免了裂紋等缺陷的產生。
Output文件夾存儲新inp文件
公眾號內回復內聚力單元快速獲取資源
0
2
XS_2Dto3D V1.0
功能：通過修改inp方式實現2D實體模型轉成3D實體模型，解決隨機裂紋擴展中
零厚度內聚力單元生成后，就可以建立完整的有限元模型去做隨機裂紋擴展分析了，下面是一個脆性材料開裂的案例。
但由于2D模型存在一系列缺點，例如隨機裂紋擴展中2D模型無法設置全局通用接觸，導致實體單元可能會相互嵌入，如重新建模想必會花費成倍時間。這樣的問題在2D模型中還有很多，因此有時不得不選用3D模型。
二、實現過程
通過修改inp文件形式，在z方向輸入單元數量和單元尺寸，自動生成新INP文件。
(1)目的：coheisve單元可用于模擬材料隨機裂紋擴展，fortran語言編寫，提高cohesive單元批量插入效率。(2)適用范圍：開裂區單元之間插入cohesive單元以及開裂區與非開裂區單元界面插入coheisve單元。(3)如需源代碼或有其他功能需要可發郵件至shenz1hao@126.com
