橢圓裂紋的案例
Ansys Workbench建立半橢圓裂紋和隨機裂紋 ￥2
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 基于workbench的復雜條件下底部鉆具組合疲勞壽命分析
圖 4 井下鉆具組合的損傷圖
圖5 井下鉆具組合的壽命圖
3.2 無裂紋的BHA 的疲勞分析結果
圖 6 不同裂紋隨加載歷史壽命的變化規律
有初始裂紋的鉆柱與無初始裂紋的鉆柱，其破壞機理不同，疲勞壽命也不同；對有裂紋的鉆柱，由于鉆柱的初始裂紋形狀不同，每種裂紋的應力強度因子不同，因此疲勞壽命也不同，尤其以表面線性裂紋的影響最大，所以應特別注意避免機械損傷鉆柱的外表面。下面主要針對具有表面線性裂紋、深埋圓形裂紋、表面半橢圓裂紋和深埋橢圓裂紋的BHA進行了疲勞壽命的預測。
由上圖可以看出，表面線性裂紋的下部鉆具組合（BHA）的疲勞壽命計算結果為3.09e+007 次；深埋圓形裂紋的BHA 的疲勞壽命計算結果為2.18e+008 次；深埋橢圓形裂紋的 BHA 的疲勞壽命計算結果為1.01e+008 次。表面半橢圓裂紋的BHA 的疲勞壽命為5e+007 次。計算結果符合現場的使用情況。
3.3 裂紋長度對BHA 壽命的影響
各種裂紋在某一次循環載荷的作用下都將發生擴展，隨著裂紋的擴展，擴展后的裂紋尖端的應力強度因子也將產生變化。這一變化按產生的原因可以分為兩大類：第一類是自身幾何尺寸的變化導致的應力強度因子的增大；另一類是由于自身以及其他裂紋幾何尺寸的變化而導致的應力強度因子綜合構形系數的變化。本文主要研究了第一類影響—裂紋長度的變化，對于鉆柱疲勞壽命的影響。
圖 7 所示為基于ANSYS-Workbench 的具有表面線性裂紋、深埋圓形裂紋、表面半橢圓裂紋和深埋橢圓裂紋的BHA 的疲勞壽命隨著不同形狀裂紋長度的不同的變化曲線。由圖可知，不管裂紋形狀如何，下部鉆具組合的疲勞壽命隨著裂紋長度的增加都呈現降低的趨勢。
展開 ANSYS 斷裂力學新功能之SMART自適應裂紋萌生分析
AGGR – 激進的網格粗化策略
5、設定載荷分析子步，建議設定較多的初始載荷子步和最小載荷子步捕捉裂紋擴展過程，本例設定了40個載荷步。
6、提交計算，計算過程中，在求解信息中會出現如圖中是否達到裂紋插入準則信息提示。達到準則之后程序會自動插入橢圓形裂紋和計算插入的橢圓形裂紋坐標位置和長短軸長度，以及輸出使用smart方法計算時重劃分網格的數目信息。
圖4求解過程信息提示
程序在確認橢圓形裂紋坐標位置時，會在每個子步標記所有滿足裂紋萌生條件的節點，并將它們分組到節點云中。節點云的幾何中心是橢圓的中心。離橢圓中心最近的節點稱為種子節點。然后通過各種矢量計算的方法，計算出橢圓長短軸的方向和長度，如幫助文件中截圖所示，有興趣的朋友可以詳細查詢幫助文件。
圖5 自動確認橢圓形裂紋的計算方法
7、計算結果分析
如圖所示，在0.825S之后滿足最大主應力準則，產生裂紋并使用smart方法進行裂紋擴展計算。裂紋擴展過程中，裂紋尖端區域附近網格自動加密。
圖6 裂紋自動產生前后最大主應力結果對比
圖7 采用不同策略粗化網格計算結果
（左圖激進粗化，右圖保守粗化）
作者：李桂花 上海安世亞太公司
展開 曲軸的疲勞斷裂分析
在此基礎上對16V240機車柴油機曲軸的最危險曲拐進行最大和最小工況下的三維有限元分析,確定裂紋易產生的危險截面,求解危險截面處不同深度和形態的表面橢圓裂紋的應力強度因子,并擬合關于橢圓裂紋特征參數及總體坐標下的等效應力強度因子的近似表達式。為預測含裂紋曲軸的承載能力、剩余壽命、制定判廢標準等提供相關的疲勞斷裂參數。
曲軸的疲勞斷裂分析.pdf
裂紋及其裂紋擴展的幾種形式
而裂紋擴展主要考察的是窄縫，并且有尖端的情況下在窄縫受到兩側力的作用，在其尖端產生大的應力，當應力達到破壞強度的情況下，裂紋繼續向前擴展，然后尖端應力會下降，之后將停止擴展，結果可以查看裂紋擴展的距離和應力變化過程，目前ANSYS Workbench可以完成的裂紋擴展有以下幾種
1.bond接觸開裂擴展裂紋，沿著bond的線開裂，結果如下圖所示，可以2D可以3D
2.尖端裂紋自由smart擴展裂紋，采用靜力單次擴展，擴展方向未知
3.尖端裂紋表面橢圓方式裂開，表面裂紋開裂
以上為裂紋擴展的一些方式，具體操作有很多種，而且大部分操作都不容易成功，很多情況都會報錯，需要細細體會其用法。
展開 ansys軟件模擬
ansys模擬管道平面半橢圓裂紋，計算斷裂力學參數
表面缺陷的T型管斷裂分析（Semi-Elliptical Crack方法） ￥14.9
案例描述：結構連接處插入一條半橢圓裂紋，然后定義裂紋并生成裂紋網格。
【EDF開源CAE案例】Code_Aster對汽輪機套環的疲勞損傷與裂紋擴展模擬
汽輪機套環的幾何模型
汽輪機套環的網格
汽輪機套環的裂紋萌生和擴展風險主要來源有兩點：
啟堆和停堆期間的汽輪機軸速（離心力）變化，這將導致汽輪機套環的鼓脹和軸向裂紋發生；
交變電流產生的熱量引起線圈受熱膨脹，由內而外地對套環進行擠壓，這將導致汽輪機套環容易發生周向裂紋。
對比兩種導致裂紋產生的原因，熱膨脹引起的周向裂紋概率遠大于軸速變化引起的軸向裂紋。
因此在本研究中僅考慮了周向裂紋，選取其常見的表征類型Ⅰ型（張開型）裂紋。
計算模型主要考慮：
復雜的熱力學邊界條件；
接觸和摩擦問題（套環和線圈等）；
不同尺寸的橢圓形裂紋缺陷，使用擴展有限元方法（X-FEM，該方法無需畫出裂紋形狀的網格）。
汽輪機套環的邊界條件
橢圓形裂紋缺陷
04
計算結果分析
汽輪機套環的高斯應力云圖
code_aster的CALC_G模塊提供了計算應力強度因子的功能，能夠直接輸出觀測點上的應力強度因子。
在本研究中，我們對套環最容易產生裂紋的部位（槽）建立了X-FEM單元的橢圓張開型裂紋。下圖為不同尺寸的裂紋和不同方向上的應力強度因子曲線：
各方向上裂紋尖端的應力強度因子
從圖中可觀察到，左右兩側的裂紋存在應力集中現象，應力強度因子最大，即裂紋擴展速率最快；而隨著初始裂紋尺寸的增大，應力強度因子的最大值也在增大。
展開 關于裂紋的建模方法
1、常見的裂紋模型
目前工程中，常見的裂紋類型包括平面裂紋，三維貫穿裂紋，三維表面裂紋和三維埋藏裂紋等形式，其中ANSYS除了三維埋藏裂紋外，其他裂紋模型都可以在軟件中直接建立，三維埋藏裂紋模型，需要借助APDL語言編程，才可以建立。
2、平面裂紋的建模方法
對于斷裂力學建模，ANSYS是基于實體模型建模，即裂紋面必須共面，否則無法進行后期的斷裂力學求解。
對于平面裂紋，目前最有效的方法就是共關鍵點法
（1）邊裂紋模型
K,1,0,0,0
K,2 ,L2,0.0
K,3,L1,0,0
K,4,L1,H,,
K,5,L2,H,,
K,6,L2,A,,
K,7,0,H,,
K,8,L2,0,0,
2）平面內裂紋
3、三維貫穿裂紋的建模方法
對于表面橢圓裂紋，可以在ANSYS Workbench平臺中完成建模
條件：
需要一個輔助面；
建立一個局部坐標系，其中：x指向為裂紋擴展方向，Y為裂紋的法向。
來源：CAE技術聯盟
展開 【11月23-26日 南京】結構斷裂力學與裂紋擴展壽命計算專題培訓
結構斷裂力學與裂紋擴展壽命計算專題培訓
14個實例模型課程中人手一機操作指導
案例01、高壓輸氣管道內壓作用下的表面橢圓裂紋應力強度因子計算
案例02、壓力容器表面任意形狀裂紋的J積分計算
案例03、含V形缺口三點彎曲能量釋放率計算
案例04、三點彎曲PMMA半圓板T應力計算
案例05、軸對稱結構表面裂紋的材料構型力計算
案例06、中心裂紋拉伸作用蠕變過程中的C*積分計算
案例07、基于VCCT技術的粘膠脫粘過程數值計算
案例08、涂層-基體界面裂紋擴展計算
案例09、產品的跌落沖擊連接界面失效計算方法
案例10、三點彎曲平面模型裂紋擴展計算
案例11、三維平板邊裂紋的裂紋擴展計算
案例12、周期對稱循環載荷作用下的裂紋擴展壽命計算
案例13、T型焊接件焊縫表面裂紋的熱-結構耦合應力強度因子計算
案例14、復合材料的分層裂紋擴展
課程差異化
1、專注CAE仿真計算，17年大量的工程案例積累
2、6000多學員反饋、提煉的精選內容與實例，形成的版權課程體系
3、有自己的超算中心，有豐富的項目案例庫
專家團隊
團隊12年專注CAE技術工程應用方法，為客戶提供系統的產品質量提升和優化的技術方案，具備上百例的工程問題解決經驗，熟悉CAE技術應用過程中的難點與關鍵點，團隊提供有價值的CAE技術服務。
課程大綱
時間地點
2018年11月23日-2018年11月26日 南京（第一天報道，上課三天）
培訓費用
3980元/人,住宿可統一安排，費用自理。
展開 【10月25日-28日 西安】Abaqus結構損傷及斷裂數值仿真及工程應用專題
一、19個實例模型貼近工程實戰操作：
案例01：實體-梁結構連接靜載分析
案例02：T型管網格劃分
案例03：采用局部控制T型管網格劃分
案例04：復雜裝配體網格劃分
案例05：節點移動
案例06：T型焊接件焊縫表面裂紋熱-固耦合應力強度因子計算
案例07：壓力容器表面橢圓裂紋J積分算法
案例08：多裂紋板裂紋尖端T應力計算
案例09：中心裂紋拉伸作用蠕變過程C*積分計算
案例10：3D雙懸臂梁界面擴展模擬
案例11：三點彎曲三維裂紋擴展計算
案例12：時間序列載荷生成
案例13：時間序列載荷合成
案例14：剛柔耦合機構應力疲勞計算
案例15：壓力容器疲勞計算
案例16：振動臺疲勞計算
案例17：點焊疲勞計算
案例18：焊縫疲勞計算
案例19：平板單邊裂紋擴展疲勞計算
二、差異化、效果保證：
1、實戰：專注CAE仿真計算12年，有自己的超算中心，積累了大量的項目工程案例
2、原理：帶領學員訓練實操過程，注重步驟和設置原理
3、系統：7600+學員反饋、工程實例更新與精選，形成系統的版權知識體系
4、響應：自主師資與合伙人模式，可直接對接客戶問題，即時做出響應
5、效果：所有學員提供高配筆記本、工程模型、電子資料、操作軟件、操作指導與反饋
三、增值服務
持本人學生證或教師證享有9折優惠；一個單位同時報名2人享有9折優惠； 一個單位同時報名3人以上（含）享有8.5折優惠。
四、時間地點
2019年10月25日 - 28 日 西安
（第一天報道，上課三天）
五、課程大綱：
六、培訓費用
1、3980元/人（含正脈科工CAE結業證書一本）,住宿可統一安排，費用自理。
展開 
案例16-評估3D表面缺陷的混合模式應力因子和T應力
具有彎曲表面缺陷的X型連接管
分析一個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）。
問題包含兩個管件由焊點焊接在一起，兩個管件的外徑分別為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。
圍繞裂紋前沿創建一個圓環，以控制裂紋前沿的網格。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。
焊點部分的彎曲裂紋通過一個旋轉的外直徑為323.85mm的管道和一個在焊接點處垂直于相同管道內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節點六面體單元。
矩形塊和X型連接管模型由SOLID187單元（除了裂紋尖端附近區域）劃分網格：
裂紋尖端附近區域由SOLID186單元劃分網格：
由于X型連接管具有兩個對稱平面，只建模四分之一模型：
如果裂紋面在整體坐標系中不垂直于任何組分，應該建立一個局部坐標系，該坐標系的一個組分垂直于裂紋面。舉個例子，在X型連接模型中，建立了一個圓柱局部坐標系，它的一個分量垂直于裂紋面，如下圖：
在X型連接點模型中，在厚度方向上的彎曲裂紋垂直于直徑為323.85mm的管的內表面。在裂紋尖端建立了一個圓環以便得到好的掃描網格，一個共面將圓環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共邊緣的面，在圓環處也是。使用兩個圓環面來在裂紋尖端附近創建一個凈掃描網格，一個面定義為源面，另一個面定義為目標面。
展開 ANSYS Workbench 裂紋分析案例
然后再 coordinate system上點右鍵，建立一個用戶坐標系，用于指示裂紋的位置，新建立的坐標系原點應該位于半橢圓裂紋中心處，X軸指向材料內部。其設置及結果如圖所示。
6、在特征樹中的fracture上右擊，選擇insert-semi-ellipicalcrack。裂紋參數設置如圖所示。其中比較重要的參數包括裂紋的半長軸長度1mm。半短軸長度0.5mm，裂紋尖端（再此處為一半橢圓曲線）劃分的網格數10，積分圍道數6等。
7、更新網格，這次分網會比較慢，如果沒有設置錯，這時候就能看到裂紋處的網格了。ANSYS 這一點比較好，不像 ABAQUS 需要自己分網。
8、在solution處右鍵點擊solve進行求解計算，因為之前做靜力計算的時候已經對載荷及約束進行了加載，此處無需重復加載邊界條件，如果邊界條件不完整，則需要進行補充。這次側計算會比靜力計算慢一點，計算結果如下圖所示。
9、后處理，在特征樹上的solution上右擊，insert—fracturetool添加后處理工具，然后在模型樹上點擊fracturetool，選擇裂紋，如下圖所示。
10、右擊fracture—insert—SIFS,fracture—insert—J-integral,分別添加應力強度因子和J積分。然后更新結果，皆可以看到應力強度因子和J積分的結果了。J積分結果如下圖所示。
【源文件】
百度云鏈接：
https://pan.baidu.com/s/1ewqXunlkjdrgWyzSgnf5sw
提取碼：gnjo
展開 ABAQUS結構損傷及斷裂數值及工程應用專題
虛擬裂紋擴展（VCCT）基本過程
8. 擴展有限元（XFEM）詳細過程
9. 常見裂紋擴展結果后處理與數據顯示
10. 斷裂力學J積分及強度因子等重要概念
案例5：T向焊接件焊縫表面裂紋熱固耦合應力強度因子計算
案例6：壓力容器表面橢圓裂紋J積分算法
案例7：多裂紋板裂紋尖端T應力計算
案例8：中心裂紋拉伸作用蠕變過程C*積分計算
案例9：3D雙臂梁界面擴展模擬
案例10：三點彎曲三維裂
ABAQUS
斷裂與損傷常見注意事項
幾種常見的斷裂與損傷分析過程
掌握常見斷裂分析過程
斷裂與損傷力學重點結果處理
培訓收費有兩類，請您按自身需要靈活選擇。
四、收費標準
A類：3980元/人（含正脈科工CAE結業證書一本）
B類：5580元/人（含培訓費、證書費）
證書：可選擇申報考全國職業技能考試鑒定中心頒發《CAE 仿真應用工程師》職業技能等級證書；費用 1600 元/每人，可作為在本行業專業崗位職業能力考核的證明，也在崗位聘用、任職、定級和晉升職務中作為重要依據。證書全國通用、聯網查詢、無須年檢。
展開 形狀不規則裂紋的疲勞壽命預測技術
形狀不規則裂紋的疲勞壽命預測技術
林曉斌 Roderick A.Smith
摘要 描述了一種能自動模擬任意面形裂紋疲勞擴展的計算技術。該技術基于三維有限單元法和Paris疲勞裂紋擴展速率方程，并具有網格隨裂紋擴展重新自動生成的能力。技術的實用性通過幾個典型的工程裂紋模擬實例得到了說明。
關鍵詞 疲勞裂紋擴展 損傷容限設計 應力強度因子 有限元
中國圖書資料分類法分類號 TP202
1963年Paris和Erdogan［1］發表了一篇著名的論文，首次對疲勞裂紋擴展速率和應力強度因子范圍之間的試驗曲線進行了關聯，指出了金屬材料中裂紋的疲勞擴展主要由應力強度因子范圍控制。盡管從那時起，以斷裂力學為基礎的疲勞裂紋擴展研究得到了迅速發展，但Paris和Erdogan建議的經驗公式目前仍然是計算工程裂紋疲勞擴展壽命的主要工具。
工程中遇到的裂紋通常是形狀不規則裂紋，在疲勞載荷作用下，這些不規則裂紋又可能發生顯著的形狀變化。如何處理裂紋的形狀及其變化，一直是疲勞科學家和工程師想要解決的問題。當前，裂紋的斷裂評定或剩余疲勞壽命計算一般需要預先假定裂紋的形狀，例如，假定表面裂紋為半橢圓形、埋藏裂紋為橢圓形、穿透裂紋為直線形。一些規范，如美國的ASME XI［2］，英國的BSI PD 6493［3］和中國的CVDA—84［4］等都給出了簡化裂紋的具體步驟。這些規則也建議了計算疲勞裂紋擴展壽命的方法，即通過假定裂紋在疲勞擴展過程中的形狀，應用Paris公式對裂紋前沿上的一個特征點進行計算，對于表面裂紋，這一特征點通常為裂紋深度點。大量試驗已經表明，這些規范所假定的裂紋形狀在許多情況下與實際不符。
筆者最近發展了一種計算疲勞裂紋擴展壽命的新技術。該技術能直接跟蹤預測疲勞裂紋的形狀變化，從而顯著提高了疲勞壽命的計算精度。
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