裂紋擴(kuò)展分析
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2022-07-19
裂紋擴(kuò)展分析的視頻教程
【視頻教程+模型實(shí)例】Abaqus+Franc3D三維裂紋擴(kuò)展分析
【視頻教程+模型實(shí)例】Franc3D裂紋擴(kuò)展分析 Franc3D+Abaqus 快速求解半橢圓型裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子 Franc3D+Abaqus 手動(dòng)裂紋擴(kuò)展分析 Franc3D+Abaqus 自動(dòng)裂紋擴(kuò)展分析 【附件中是相應(yīng)的模型及計(jì)算結(jié)果文件】
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裂紋擴(kuò)展分析的實(shí)例教程
1基本理論
在進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展計(jì)算時(shí)，兩款軟件的基本理論相同，均是基于Paris公式。不同的是，Abaqus僅提供了能量釋放率形式的Paris公式，即
而Marc還提供了應(yīng)力強(qiáng)度因子形式的paris公式。兩種公式形式下的參數(shù)C和m有所不同。
Abaqus通過(guò)下式判斷疲勞裂紋何時(shí)開(kāi)始擴(kuò)展
而Marc則通過(guò)在分析工況中選中相應(yīng)的初始裂紋，通過(guò)設(shè)置多個(gè)分析工況，控制裂紋開(kāi)始擴(kuò)展的時(shí)間。
2軟件分析過(guò)程
ABAQUS
Abaqus進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展分析時(shí)，分析步需選擇Direct cyclic。另需編輯關(guān)鍵字，輸入?yún)?shù)C、m等。
初始裂紋建模與其它類(lèi)型的裂紋相似，通過(guò)擴(kuò)展有限元方式建立初始裂紋及實(shí)現(xiàn)裂紋的擴(kuò)展，因此初始裂紋需剛好穿過(guò)整數(shù)個(gè)單元，才能實(shí)現(xiàn)初始裂紋的準(zhǔn)確建模。Abaqus中，每次疲勞裂紋擴(kuò)展的距離為一個(gè)單元，然后軟件會(huì)以單元的長(zhǎng)度和得到的能量釋放率，通過(guò)Paris公式計(jì)算出對(duì)應(yīng)的疲勞周次，直接跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的循環(huán)次數(shù)，進(jìn)行后續(xù)的計(jì)算。
Abaqus軟件的疲勞裂紋擴(kuò)展分析暫不支持非線(xiàn)性，僅可定義裂紋面之間的接觸。
Marc
Marc軟件進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展分析時(shí)，與常規(guī)分析裂紋沒(méi)有太大差別，無(wú)需定義特殊的分析類(lèi)型。初始裂紋建模和裂紋的擴(kuò)展則是通過(guò)網(wǎng)格重劃分實(shí)現(xiàn)。
Marc軟件中，每次疲勞裂紋擴(kuò)展的距離有兩種控制方式。方式1：直接由Paris公式計(jì)算出擴(kuò)展的距離，逐一計(jì)算各疲勞周次。
展開(kāi) 精確估算出結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，確保結(jié)構(gòu)在服役期內(nèi)不發(fā)生疲勞失效是疲勞裂紋研究的目的。Abaqus和Franc3D均可以模擬循環(huán)載荷下的疲勞裂紋擴(kuò)展行為，本文對(duì)兩者的模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。
Abaqus中可以通過(guò)直接循環(huán)法進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展分析，整個(gè)過(guò)程包含兩階段，（1）裂紋萌生階段；（2）裂紋擴(kuò)展階段。
裂紋萌生準(zhǔn)則如下
裂紋萌生后的擴(kuò)展速度采用基于能量釋放率的Paris公式進(jìn)行描述
Abaqus中通過(guò)設(shè)置關(guān)鍵字來(lái)引入裂紋擴(kuò)展模型。
*Fracture Criterion,TYPE=FATIGUE,MIXED MODE BEHAVIOR=POWER(BK or REEDER)
Franc3D與Abaqus的區(qū)別在于裂紋描述方式上，abaqus采用擴(kuò)展有限元方法來(lái)描述裂紋，F(xiàn)ranc3D則通過(guò)自適應(yīng)網(wǎng)格來(lái)描述裂紋。Franc3D內(nèi)置了多種疲勞裂紋擴(kuò)展速率模型，如下圖所示。
在計(jì)算疲勞裂紋擴(kuò)展時(shí)，Abaqus和Franc3D本質(zhì)上的物理機(jī)理是相同的，只是各自具體的實(shí)現(xiàn)方法有所區(qū)別。本文分別使用Abaqus和Franc3D模擬了含有預(yù)制裂紋平板的疲勞行為，并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。
Abaqus中模型的幾何形狀和加載方式如下圖所示。Abaqus計(jì)算出裂紋尖端的能量釋放率，并結(jié)合式(2)進(jìn)行裂紋疲勞擴(kuò)展分析。
Franc3D中的網(wǎng)格如下所示。Franc3D對(duì)裂紋尖端網(wǎng)格進(jìn)行了楔形單元?jiǎng)澐郑ㄟ^(guò)M-integral等方法計(jì)算出裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子，結(jié)合Paris公式等進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展分析。
展開(kāi) 改進(jìn)的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴(kuò)展分析 - ANSYS Workbench
本教程包括改進(jìn)的緊湊拉伸試樣的逐步疲勞裂紋分析。
步驟 1：概述
這項(xiàng)工作的主要目的是提出混合模式載荷下線(xiàn)性彈性材料中裂紋擴(kuò)展路徑的數(shù)值模型，以及研究在恒定幅值載荷條件下改進(jìn)的緊湊拉伸試樣中孔洞的存在對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展和疲勞壽命的影響。
ANSYS Mechanical（工作臺(tái)）利用 ANSYS 中的一項(xiàng)新功能即智能裂紋擴(kuò)展技術(shù)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)恒定幅值載荷條件下的裂紋擴(kuò)展路徑和相關(guān)的疲勞壽命。
在線(xiàn)彈性斷裂力學(xué) (LEFM) 假設(shè)下，采用巴黎定律模型評(píng)估具有不同 MCTS 配置的改進(jìn)緊湊拉伸試樣 (MCTS) 的混合模式疲勞壽命。該方法涉及通過(guò)增量裂紋擴(kuò)展分析準(zhǔn)確評(píng)估應(yīng)力強(qiáng)度因子 (SIF)、裂紋擴(kuò)展路徑和疲勞壽命評(píng)估。
疲勞裂紋擴(kuò)展結(jié)果表明，疲勞裂紋始終被孔吸引，因此要么它只能彎曲路徑并向孔擴(kuò)展，要么它只能從孔中浮出并在孔消失后進(jìn)一步擴(kuò)展。就混合型載荷條件下裂紋擴(kuò)展的軌跡而言，本研究的結(jié)果與文獻(xiàn)中發(fā)表的幾項(xiàng)裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相一致，這些實(shí)驗(yàn)顯示了類(lèi)似的觀(guān)察結(jié)果。
本教程主要基于 Abdulnaser M. Alshoaibi 和 Yahya Ali Fageehi 的論文“線(xiàn)性彈性材料疲勞裂紋擴(kuò)展路徑的數(shù)值分析和壽命預(yù)測(cè)”。
第 2 步：設(shè)置
在 ANSYS Workbench 主菜單上拖放靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析：
步驟3：工程數(shù)據(jù)（材料模型）
本教程選定的材料是“SAE 1020 碳鋼”。
材料模型由各向同性彈性、拉伸屈服強(qiáng)度、拉伸極限強(qiáng)度和巴黎定律參數(shù)（C 和 m）組成。
展開(kāi) 第二部分、基于XFEM_paris模型的裂紋擴(kuò)展仿真分析
相比于靜態(tài)裂紋參數(shù)計(jì)算問(wèn)題，裂紋擴(kuò)展仿真在學(xué)術(shù)和工程領(lǐng)域更為人們所關(guān)注，常用的方法有網(wǎng)格重劃分技術(shù)、邊界元法、無(wú)網(wǎng)格方法和XFEM，其中，XFEM通過(guò)引入水平集法和單位分解等思想實(shí)現(xiàn)了實(shí)體與裂紋相互獨(dú)立，在裂紋擴(kuò)展的過(guò)程中不需要更新網(wǎng)格，提高了計(jì)算效率。ABAQUS中集成的XFEM裂紋擴(kuò)展仿真可以根據(jù)使用的模型分為三類(lèi)：基于損傷力學(xué)內(nèi)聚力模型（cohesive）的牽引分離定律、基于LEFM的虛擬裂紋閉合技術(shù)（VCCT）和基于Paris公式的疲勞裂紋擴(kuò)展理論。第一種方法可以不用預(yù)制裂紋，適用于裂紋的萌生壽命分析，第二種不是很熟悉，第三種則必須預(yù)制裂紋，適用于裂紋的擴(kuò)展壽命分析。下面將對(duì)這三種操作流程進(jìn)行一一說(shuō)明，以二維模型為例，三維模型基本相同。
讀者須知：經(jīng)過(guò)很多次的仿真分析，在模型和參數(shù)基本相同的情況下，筆者發(fā)現(xiàn)基于cohesive和基于VCCT模型的裂紋擴(kuò)展分析很難得到收斂，仿真難度較大，這有可能是參數(shù)設(shè)置的問(wèn)題，部分參數(shù)修改之后還是能夠成功的，但也有可能是本人學(xué)藝未精，所以說(shuō)只能是提及一下給個(gè)建議。但是基于Paris模型的方法仿真效果還不錯(cuò)，因此本文僅對(duì)后者做詳細(xì)的說(shuō)明，至于其余兩種方法只能夠簡(jiǎn)單的說(shuō)明一下其實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的異同點(diǎn)。再次強(qiáng)調(diào)，本文只有基于Paris模型的direct cyclic分析步的仿真過(guò)程，誤買(mǎi)本帖的同學(xué)請(qǐng)別來(lái)罵我。
本文還將針對(duì)同學(xué)們?cè)诜抡孢^(guò)程中的一些問(wèn)題提供解決方法和思路，其中包括：裂紋不發(fā)生擴(kuò)展、每個(gè)cycle裂紋都會(huì)擴(kuò)展一次等。
展開(kāi) 通常建議在插入裂紋后做靜態(tài)裂紋分析，因?yàn)檫@將使用戶(hù)能夠確保裂紋模型的結(jié)果與無(wú)裂紋模型的結(jié)果一致，并提供分析步的子步SIFs。
無(wú)子步的分析步
使用上一節(jié)中的模型，完成了六步裂紋擴(kuò)展。定義了一個(gè)簡(jiǎn)單的載荷計(jì)劃，使用所有三個(gè)分析步的最后一個(gè)子步的總和，圖10.44。這個(gè)載荷計(jì)劃的周期數(shù)如圖10.45所示。
圖10.44 使用最后一個(gè)子步之和的簡(jiǎn)單周期性加載事件。
圖10.45 使用最后一個(gè)子步之和的簡(jiǎn)單循環(huán)載荷事件的周期計(jì)數(shù)。
對(duì)于同一模型，在第4步裂紋擴(kuò)展時(shí)，如果用戶(hù)不小心關(guān)閉了從ABAQUS輸出所有子步的選項(xiàng)（見(jiàn)圖10.37），周期計(jì)數(shù)將受到影響。圖10.46顯示了裂紋擴(kuò)展步4和分析步2的SIF；注意子步下拉菜單是灰色的，因?yàn)橹挥凶詈笠粋€(gè)子步的SIF。圖10.47顯示了裂紋擴(kuò)展步3的相同圖，其中顯示了所有子步的SIF。
圖10.46 裂紋擴(kuò)展步4和分析步2的SIF圖。
圖10.47裂紋擴(kuò)展步3和分析步2的所有子步的SIF圖。
使用與之前相同的載荷計(jì)劃（見(jiàn)圖10.44），周期計(jì)數(shù)如圖10.48所示。循環(huán)計(jì)數(shù)在裂紋擴(kuò)展步4停止，并表明ΔK低于閾值。
展開(kāi) 
裂紋擴(kuò)展分析的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
裂紋擴(kuò)展分析的最新內(nèi)容
<p>基于EFG方法的剛性彈丸沖擊水泥墻裂紋擴(kuò)展仿真，供研究參考。</p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img
Altair RapidMiner 數(shù)據(jù)分析和 AI 平臺(tái)助力企業(yè)加速智能升級(jí)：擴(kuò)展智能體 AI 及分析生態(tài)系統(tǒng)6個(gè)月前
NEWS
Altair 數(shù)據(jù)分析與 AI 平臺(tái) Altair? RapidMiner? 迎來(lái)重大更新。此次更新旨在幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)營(yíng)，在統(tǒng)一生態(tài)系統(tǒng)中打通人員洞察、數(shù)據(jù)自動(dòng)化與智能體 AI 協(xié)作的壁壘。
最新更新進(jìn)一步強(qiáng)化了Altair 的數(shù)據(jù)分析與 AI 生態(tài)系統(tǒng)，助力企業(yè)構(gòu)建兼具可擴(kuò)展性、可信賴(lài)的智能數(shù)據(jù)環(huán)境。
裂紋擴(kuò)展模擬一直是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的一個(gè)難題。Ansys機(jī)械提供分離變形和自適應(yīng)重網(wǎng)格
模擬脆性材料裂紋擴(kuò)展的SMART技術(shù)。SMART裂紋擴(kuò)展方法自動(dòng)評(píng)估裂紋尖端的斷裂參數(shù)（應(yīng)力強(qiáng)度因子或j積分），并根據(jù)用戶(hù)定義的臨界值進(jìn)行檢查。該算法還計(jì)算了滿(mǎn)足裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則時(shí)的裂紋擴(kuò)展角。隨著裂紋的擴(kuò)展，裂紋尖端周?chē)木W(wǎng)格自適應(yīng)細(xì)化。
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新聞速遞丨Altair RapidMiner 數(shù)據(jù)分析和 AI 平臺(tái)助力企業(yè)加速智能升級(jí)：擴(kuò)展智能體 AI 及分析生態(tài)系統(tǒng)6個(gè)月前
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Altair 數(shù)據(jù)分析與 AI 平臺(tái) Altair? RapidMiner? 迎來(lái)重大更新。此次更新旨在幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)營(yíng)，在統(tǒng)一生態(tài)系統(tǒng)中打通人員洞察、數(shù)據(jù)自動(dòng)化與智能體 AI 協(xié)作的壁壘。
最新更新進(jìn)一步強(qiáng)化了Altair 的數(shù)據(jù)分析與 AI 生態(tài)系統(tǒng)，助力企業(yè)構(gòu)建兼具可擴(kuò)展性、可信賴(lài)的智能數(shù)據(jù)環(huán)境。
<p>10月21日，Ansys官方『Ansys Mechanical SMART 裂紋擴(kuò)展技術(shù)介紹與應(yīng)用』研討會(huì)為您展開(kāi)講解相關(guān)的斷裂力學(xué)理論，介紹SMART功能在Mechanical界面的操作流程與各參數(shù)設(shè)置的影響，感興趣的下滑預(yù)約學(xué)習(xí)??</p><p><br></p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center
逐孔起爆的裂紋擴(kuò)展和爆破塊度9個(gè)月前
話(huà)不多說(shuō)，直接上效果圖
分別做了齊發(fā)起爆，逐排起爆，逐孔起爆。下面放個(gè)動(dòng)圖
1.引言：
iSolver為一個(gè)完全自主的面向工程應(yīng)用的通用結(jié)構(gòu)有限元軟件，對(duì)標(biāo)Nastran、Ansys、Abaqus設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，具備結(jié)構(gòu)有限元常用分析類(lèi)型和單元、材料、載荷等基礎(chǔ)算法組件，精度和Abaqus一致。本文以?xún)煞N國(guó)標(biāo)規(guī)定拉伸試樣的非線(xiàn)性瞬態(tài)分析為例，演示iSolver的分析流程，并將iSolver和Abaqus計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
2.模型背景：
此案例為冶金工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的三點(diǎn)彎曲試樣的非線(xiàn)性瞬態(tài)分析
img.jishulink.com/msimage/202502/106f52746daec0c281b516303f83a7d0.png" style="" width="459"></p><p><br></p><p>第四步：將預(yù)制裂紋Cohesive、上下板、圓盤(pán)賦予材料屬性；</p><p>第五步：將各部件進(jìn)行裝配，設(shè)置分析步、接觸屬性和邊界條件等參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算；</p><p>第六步：查看仿真結(jié)果，分析裂紋擴(kuò)展方式和過(guò)程
改進(jìn)的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴(kuò)展分析 - ANSYS Workbench
本教程包括改進(jìn)的緊湊拉伸試樣的逐步疲勞裂紋分析。
步驟 1：概述
這項(xiàng)工作的主要目的是提出混合模式載荷下線(xiàn)性彈性材料中裂紋擴(kuò)展路徑的數(shù)值模型，以及研究在恒定幅值載荷條件下改進(jìn)的緊湊拉伸試樣中孔洞的存在對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展和疲勞壽命的影響。
本教程包括 ARCAN 樣本的逐步靜態(tài)裂紋擴(kuò)展分析。
步驟 1：概述
在復(fù)雜的飛機(jī)結(jié)構(gòu)中，裂紋擴(kuò)展很少以耐久性和損傷容限分析 (DADTA) 中假設(shè)的理想方式擴(kuò)展。通常，施加的載荷并不垂直于裂紋成核特征和隨后的裂紋擴(kuò)展。這種情況稱(chēng)為混合型裂紋擴(kuò)展，或更籠統(tǒng)地說(shuō)，三維 (3D) 裂紋擴(kuò)展。
