裂紋分析的案例
多分析步下的裂紋擴展
通常建議在插入裂紋后做靜態裂紋分析，因為這將使用戶能夠確保裂紋模型的結果與無裂紋模型的結果一致，并提供分析步的子步SIFs。
無子步的分析步
使用上一節中的模型，完成了六步裂紋擴展。定義了一個簡單的載荷計劃，使用所有三個分析步的最后一個子步的總和，圖10.44。這個載荷計劃的周期數如圖10.45所示。
圖10.44 使用最后一個子步之和的簡單周期性加載事件。
圖10.45 使用最后一個子步之和的簡單循環載荷事件的周期計數。
對于同一模型，在第4步裂紋擴展時，如果用戶不小心關閉了從ABAQUS輸出所有子步的選項（見圖10.37），周期計數將受到影響。圖10.46顯示了裂紋擴展步4和分析步2的SIF；注意子步下拉菜單是灰色的，因為只有最后一個子步的SIF。圖10.47顯示了裂紋擴展步3的相同圖，其中顯示了所有子步的SIF。
圖10.46 裂紋擴展步4和分析步2的SIF圖。
圖10.47裂紋擴展步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劃（見圖10.44），周期計數如圖10.48所示。循環計數在裂紋擴展步4停止，并表明ΔK低于閾值。
展開 改進的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴展分析 - ANSYS Workbench ￥3
改進的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴展分析 - ANSYS Workbench
本教程包括改進的緊湊拉伸試樣的逐步疲勞裂紋分析。
步驟 1：概述
這項工作的主要目的是提出混合模式載荷下線性彈性材料中裂紋擴展路徑的數值模型，以及研究在恒定幅值載荷條件下改進的緊湊拉伸試樣中孔洞的存在對疲勞裂紋擴展和疲勞壽命的影響。
ANSYS Mechanical（工作臺）利用 ANSYS 中的一項新功能即智能裂紋擴展技術，準確預測恒定幅值載荷條件下的裂紋擴展路徑和相關的疲勞壽命。
在線彈性斷裂力學 (LEFM) 假設下，采用巴黎定律模型評估具有不同 MCTS 配置的改進緊湊拉伸試樣 (MCTS) 的混合模式疲勞壽命。該方法涉及通過增量裂紋擴展分析準確評估應力強度因子 (SIF)、裂紋擴展路徑和疲勞壽命評估。
疲勞裂紋擴展結果表明，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展，要么它只能從孔中浮出并在孔消失后進一步擴展。就混合型載荷條件下裂紋擴展的軌跡而言，本研究的結果與文獻中發表的幾項裂紋擴展實驗的結果相一致，這些實驗顯示了類似的觀察結果。
本教程主要基于 Abdulnaser M. Alshoaibi 和 Yahya Ali Fageehi 的論文“線性彈性材料疲勞裂紋擴展路徑的數值分析和壽命預測”。
第 2 步：設置
在 ANSYS Workbench 主菜單上拖放靜態結構分析：
步驟3：工程數據（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、拉伸屈服強度、拉伸極限強度和巴黎定律參數（C 和 m）組成。
展開 【EDF開源CAE】應用擴展有限元方法（XFEM）在Code_Aster中進行金屬管道內表面的裂紋分析
通過選取HEVISIDE函數作為刻畫不連續性的形函數，Code_Aster給出了合理的裂紋位移場計算結果。
此外，以上的例子還可以從單一的裂紋推廣至多個裂紋的分析。利用Code_Aster的擴展有限元算法還能夠分析裂紋的疲勞擴展行為，包括二維裂紋擴展，三維裂紋平面擴展和非平面擴展，基本覆蓋了大部分裂紋分析的需求。
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展開 ANSYS 斷裂力學新功能之SMART自適應裂紋萌生分析
裂紋擴展是指材料在外界因素作用下裂紋萌生、生長的動態過程。對于不考慮奇異性的裂紋擴展分析，需要定義準則來確定裂紋萌生的初始位置。新版本中使用SMART（分離、變形、自適應和重劃分網格技術）分析裂紋擴展時增加了最大主應力準則去評估裂紋萌生的時間和位置。當滿足該準則時，裂紋自動以橢圓的形狀（目前只支持橢圓裂紋）和適當的尺寸插入到定義的裂紋區域，然后程序進行下一步的裂紋擴展計算。
以一個簡單的demo來描述SMART自適應裂紋萌生分析的計算步驟:
1、創建分析模型
如圖示緊湊拉伸試樣，一端固定，上下圓孔給定100N拉力，預測產生I形裂紋，最大主應力位置在開口前沿。
圖1 計算模型
2、建立裂紋產生區域節點組件
圖示模型中選擇最大主應力前沿一排節點作為裂紋產生區域的節點組件，并命名為CrkInitZone。
圖2 裂紋產生區域節點組件
3、對模型進行初步分析，最大主應力為61.5MPA，設定產生裂紋的臨界主應力為60MPA
圖3 沒有裂紋時分析，最大主應力云圖
4、在分析中插入如下命令流，定義裂紋產生準則和裂紋擴展計算選項
!! 定義最大主應力作為裂紋萌生準則，注意單位制
TB,CR KI,1（此處去掉“R”和“K”間的空格）
TBDATA,1,60
!! TB,CR KI,MAT_ID,NTEMP,NPTS（此處去掉“R”和“K”間的空格）
!! TBDATA,1,Par1
!!其中Par1是臨界最大主應力值;CR KI,自適應裂紋萌生準則;MAT_ID材料編號（此處去掉“R”和“K”間的空格）
!!
展開 
采用Abaqus和Marc軟件的疲勞裂紋擴展分析對比
1基本理論
在進行疲勞裂紋擴展計算時，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還提供了應力強度因子形式的paris公式。兩種公式形式下的參數C和m有所不同。
Abaqus通過下式判斷疲勞裂紋何時開始擴展
而Marc則通過在分析工況中選中相應的初始裂紋，通過設置多個分析工況，控制裂紋開始擴展的時間。
2軟件分析過程
ABAQUS
Abaqus進行疲勞裂紋擴展分析時，分析步需選擇Direct cyclic。另需編輯關鍵字，輸入參數C、m等。
初始裂紋建模與其它類型的裂紋相似，通過擴展有限元方式建立初始裂紋及實現裂紋的擴展，因此初始裂紋需剛好穿過整數個單元，才能實現初始裂紋的準確建模。Abaqus中，每次疲勞裂紋擴展的距離為一個單元，然后軟件會以單元的長度和得到的能量釋放率，通過Paris公式計算出對應的疲勞周次，直接跳轉到相應的循環次數，進行后續的計算。
Abaqus軟件的疲勞裂紋擴展分析暫不支持非線性，僅可定義裂紋面之間的接觸。
Marc
Marc軟件進行疲勞裂紋擴展分析時，與常規分析裂紋沒有太大差別，無需定義特殊的分析類型。初始裂紋建模和裂紋的擴展則是通過網格重劃分實現。
Marc軟件中，每次疲勞裂紋擴展的距離有兩種控制方式。方式1：直接由Paris公式計算出擴展的距離，逐一計算各疲勞周次。
展開 模具鋼淬火十種裂紋分析與措施
模具鋼淬火十種裂紋分析與措施1
模具鋼淬火十種裂紋分析與措施模具鋼熱處理中，淬火是常見工序。然而，因種種原因，有時難免會產生淬火裂紋，致使前功盡棄。分析裂紋產生原因，進而采取相應預防措施，具有顯著的技術經濟效益。常見淬火裂紋有以下10類型。
1、縱向裂紋
裂紋呈軸向，形狀細而長。當模具完全淬透即無心淬火時，心部轉變為比容最大的淬火馬氏體,產生切向拉應力，模具鋼的含碳量愈高，產生的切向拉應力愈大，當拉應力大于該鋼強度極限時導致縱向裂紋形成。以下因素又加劇了縱向裂紋的產生： (1)鋼中含有較多S、P、Sb、Bi、Pb、Sn、As等低熔點有害雜質，鋼錠軋制時沿軋制方向呈縱向嚴重偏析分布，易產生應力集中形成縱向淬火裂紋，或原材料軋制后快冷形成的縱向裂紋未加工掉保留在產品中導致最終淬火裂紋擴大形成縱向裂紋； (2)模具尺寸在鋼的淬裂敏感尺寸范圍內(碳工具鋼淬裂危險尺寸為8-15mm，中低合金鋼危險尺寸為25-40mm)或選擇的淬火冷卻介質大大超過該鋼的臨界淬火冷卻速度時均易形成縱向裂紋。
預防措施： (1)嚴格原材料入庫檢查，對有害雜質含量超標鋼材不投產； (2)盡量選用真空冶煉，爐外精煉或電渣重熔模具鋼材； (3)改進熱處理工藝，采用真空加熱、保護氣氛加熱和充分脫氧鹽浴爐加熱及分級淬火、等溫淬火； (4)變無心淬火為有心淬火即不完全淬透，獲得強韌性高的下貝氏體組織等措施，大幅度降低拉應力，能有效避免模具縱向開裂和淬火畸變。
2橫向裂紋
裂紋特征是垂直于軸向。未淬透模具，在淬硬區與未淬硬區過渡部分存在大的拉應力峰值，大型模具快速冷卻時易形成大的拉應力峰值，因形成的軸向應力大于切向應力，導致產生橫向裂紋。鍛造模塊中S、P．Sb，Bi，Pb，Sn，As等低熔點有害雜質的橫向偏析或模塊存在橫向顯微裂紋，淬火后經擴展形成橫向裂紋。
展開 基于XFEM的裂紋擴展仿真過程詳解和仿真經驗交流（二）（包括直接循環載荷步疲勞裂紋擴展分析） ￥20
第二部分、基于XFEM_paris模型的裂紋擴展仿真分析
相比于靜態裂紋參數計算問題，裂紋擴展仿真在學術和工程領域更為人們所關注，常用的方法有網格重劃分技術、邊界元法、無網格方法和XFEM，其中，XFEM通過引入水平集法和單位分解等思想實現了實體與裂紋相互獨立，在裂紋擴展的過程中不需要更新網格，提高了計算效率。ABAQUS中集成的XFEM裂紋擴展仿真可以根據使用的模型分為三類：基于損傷力學內聚力模型（cohesive）的牽引分離定律、基于LEFM的虛擬裂紋閉合技術（VCCT）和基于Paris公式的疲勞裂紋擴展理論。第一種方法可以不用預制裂紋，適用于裂紋的萌生壽命分析，第二種不是很熟悉，第三種則必須預制裂紋，適用于裂紋的擴展壽命分析。下面將對這三種操作流程進行一一說明，以二維模型為例，三維模型基本相同。
讀者須知：經過很多次的仿真分析，在模型和參數基本相同的情況下，筆者發現基于cohesive和基于VCCT模型的裂紋擴展分析很難得到收斂，仿真難度較大，這有可能是參數設置的問題，部分參數修改之后還是能夠成功的，但也有可能是本人學藝未精，所以說只能是提及一下給個建議。但是基于Paris模型的方法仿真效果還不錯，因此本文僅對后者做詳細的說明，至于其余兩種方法只能夠簡單的說明一下其實現過程中的異同點。再次強調，本文只有基于Paris模型的direct cyclic分析步的仿真過程，誤買本帖的同學請別來罵我。
本文還將針對同學們在仿真過程中的一些問題提供解決方法和思路，其中包括：裂紋不發生擴展、每個cycle裂紋都會擴展一次等。
展開 abaqus和franc3d疲勞裂紋擴展分析對比
精確估算出結構的疲勞壽命，確保結構在服役期內不發生疲勞失效是疲勞裂紋研究的目的。Abaqus和Franc3D均可以模擬循環載荷下的疲勞裂紋擴展行為，本文對兩者的模擬結果進行了對比分析。
Abaqus中可以通過直接循環法進行疲勞裂紋擴展分析，整個過程包含兩階段，（1）裂紋萌生階段；（2）裂紋擴展階段。
裂紋萌生準則如下
裂紋萌生后的擴展速度采用基于能量釋放率的Paris公式進行描述
Abaqus中通過設置關鍵字來引入裂紋擴展模型。
*Fracture Criterion,TYPE=FATIGUE,MIXED MODE BEHAVIOR=POWER(BK or REEDER)
Franc3D與Abaqus的區別在于裂紋描述方式上，abaqus采用擴展有限元方法來描述裂紋，Franc3D則通過自適應網格來描述裂紋。Franc3D內置了多種疲勞裂紋擴展速率模型，如下圖所示。
在計算疲勞裂紋擴展時，Abaqus和Franc3D本質上的物理機理是相同的，只是各自具體的實現方法有所區別。本文分別使用Abaqus和Franc3D模擬了含有預制裂紋平板的疲勞行為，并對模擬結果進行了對比。
Abaqus中模型的幾何形狀和加載方式如下圖所示。Abaqus計算出裂紋尖端的能量釋放率，并結合式(2)進行裂紋疲勞擴展分析。
Franc3D中的網格如下所示。Franc3D對裂紋尖端網格進行了楔形單元劃分，通過M-integral等方法計算出裂紋尖端的應力強度因子，結合Paris公式等進行疲勞裂紋擴展分析。
展開 DEBOND裂紋擴展斷裂分析實例，詳細分步介紹，附INP文件
最近要用debond命令做裂紋分析，由于剛接觸abaqus不長時間，查了幫助文件很多相關資料
做了一個非常簡單的小例子，初步掌握一下debond的使用方法。
上圖是未debond的
上圖是第一個節點debond后的，斷裂準則為critical stress
這個是INP文件
debond_sample.rar
通過time history 可以觀看斷裂過程
斷裂過程.part1.rar
斷裂過程.part2.rar
詳細步驟
Debond_sample_步驟1.rar
Debond_sample_步驟2.rar
壓鑄模生產裂紋分析與改善
壓鑄模生產裂紋分析與改善
Cast-Designer v7.5 去年推出全新模塊CDPE，全稱（Cast-Designer Performance）。該模塊采用了固體力學的三維非線性有限元求解器，目的是結合鑄件的缺陷（縮孔、氣孔、殘余應力）通過載荷邊界條件（裝配、受力、熱）等，分析鑄件在扭矩試驗、壓力測試等情況下的機械性能。
經過一年的應用，CDPE的分析對象從鑄件，延伸到了模具和后加工過程的力學分析。接下來幾篇短文，均來自于全球頂級汽車配件供應商（全球前十），其中包括自動變速箱、發動機關鍵零部件等領導者。
缺陷：壓鑄模生產裂紋
模具生產中，局部產生裂紋
*** Detailof Mould ***
Project Area : 537.43 cm2
Casting Pressure : 600 kgf/cm2
Total force of Lower Slide Core is =322.5kgf
在壓鑄生產中，模具損壞最常見的形式是裂紋、開裂。應力是導致模具損壞的主要原因。熱、機械、化學、操作沖擊都是產生應力之源，包括有機械應力和熱應力。而且裂紋的發展很快，沿著某個方向延伸。
毛坯質量、表面處理、模具溫度、充型的高壓沖擊、熱應力、開模的機械應力、生產過程這些因數都是造成裂紋的因數。（分析起來非常復雜，具體可以百度一下進行科普）
CDPE 分析：
今天，我們重點關注是合理的模具結構設計，如何通過模具結構的改變，在不改變其生產條件下，減少重點位置的應力集中。
以下是具體的約束條件和加載邊界條件，黃色面為固定面，藍色面為接觸面。在下滑塊中施加 322,458 kgf 的力，同時考慮 1,650,000 kgf 的鎖模力。
展開 ANSYS Workbench 裂紋分析案例
背景知識
傳統的強度設計思想把材料視為無缺陷的均勻連續體，而實際工程構件中存在多種缺陷，斷裂力學是從20世紀50年代末期發展起來的一門彌補了傳統強度設計思想嚴重不足的新的學科，是專門研究含缺陷或裂紋的物體在外界條件作用下構件的強度、裂紋擴展趨勢以及疲勞壽命的科學。斷裂力學是從構件內部具有初始缺陷這一實際情況出發，研究在外部荷載下的裂紋擴展規律，從而提出帶裂紋構件的安全設計準則。
圖1裂紋的分類
使用彈性力學方法可以求得，在裂紋尖端處的應力的解析解為無窮大，此時應力值已經失去意義，一般采用應力強度因子作為判斷結構是否安全的指標。目前的斷裂力學研究主要集中在I型裂紋的開裂，數值計算工具也多集中在I型裂紋的計算上，因此以I型裂紋為例。
圖2裂紋尖端坐標系
含有裂紋的無限大平板的I型裂紋尖端附近的應力為：
其中，K1叫I型裂紋的應力強度因子。
ANSYS Workbench裂紋分析案例
1、建立一個靜力分析步，材料使用默認，需要說明的是，現有計算技術下，斷裂力學計算一般都采用線彈性材料，考慮到斷裂中塑性區一般都不大，線彈性的假設還是可以接受的;
2、建立幾何模型，本案例使用DesignModeler建立幾何模型;
3、劃分網格，必須采用四面體網格。本文劃分單元特征尺寸1mm。
4、劃分網格完成以后，首先進行一次靜力計算，確保所有設置正確，對ANSYS Workbench 比較熟悉的同學可以省略這一步，靜力計算時，試件的兩個端面一個約束位移，另一個施加力1000N，方向沿試件軸向，使試件受拉。分析設置如圖所示，可以看出，網格、約束、荷載等設置正常。
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設計仿真 | Marc 基于網格重劃分技術的裂紋擴展分析
MARC基于網格重劃分技術的裂紋擴展分析
裂紋萌生和擴展研究對于核工業、石油和天然氣工業、航空航天和其它工業都非常關鍵，安全問題十分重要。本案例介紹了VCCT方法使用網格重劃分技術進行裂紋擴展，針對橡膠塊的裂紋進行分析，觀察裂紋在加載過程中的增長。
01
設 置 方 法
圖1 橡膠塊模型
使用的模型（如圖1所示）是一個橡膠件，每側都有初始裂紋。采用單位厚度的平面應變。橡膠塊的底面粘在固定的剛體上，其上側也粘在另一個剛體上，這個剛體可移動，以便加載結構。初始網格也如圖1所示。初始模型中只使用了九個元素，該網格只需要描述幾何結構。
圖2 橡膠件材料參數
使用典型的Mooney材料模型。所用的材料特性參數為c10=0.8 MPa和c01=0.1 MPa
圖3 裂紋擴展設置
加載-卸載序列的時間段為1秒，該序列重復20次。VCCT選項中輸入的時間段為1。然后程序將記錄載荷序列內的最大能量釋放率以及相應的估計裂紋擴展方向。在每個加載序列結束時，進行重新網格化，裂紋沿裂紋擴展方向擴展。VCCT選項中規定的0.05的量。這兩種裂縫的設置相同。
圖4 網格重劃分功能
每個加載序列結束時的重新網格為自動觸發。重新網格設置的唯一輸入是要使用的元素數量應進行網格重劃分。
02
仿 真 結 果
圖5~10顯示了疲勞情況下裂紋擴展的結果。演出了裂紋在生長中采取的路徑。從水平方向出發，轉向邊界，然后轉向再次返回。注意到裂縫尖端周圍的精細網格。此網格密度比用于網格重新更新。當增長增量小于默認網格密度時，它將覆蓋最小邊長度以允許在不斷增長的裂紋尖端周圍形成精細的網格。它還可以在每個裂紋尖端周圍設置更精細的網格。
展開 【CAE案例】氣冷堆（AGR）堆芯中石墨磚的裂紋擴展分析
圖5：模型Ⅲ示意圖
模擬過程與結果分析
模擬裂紋的擴展有很多方法，最常用的是基于Griffith微裂紋理論的方法，還有內聚力（Cohesive Zone Modelling, CZM）方法以及基于損傷理論的方法等。本研究采用了基于Griffith微裂紋理論和損傷理論對以上三個石墨磚模型進行裂紋擴展分析。
基于Griffith理論法模擬裂紋
在結構有限元仿真軟件中使用
DEFI_FISS_XFEM命令定義裂紋的位置，然后使用
MODE_MODELE_XFEM命令將裂紋賦予模型中，最后使用
CALC_G命令可輸出裂紋在裂尖的應變能釋放率
G，該系數表示裂紋每擴展單位面積所釋放出來的能量。
Gc為臨界應變能釋放率，表示裂紋擴展單位面積所需要的能量。在
2D模型中，若當應變能釋放率
G小于臨界應變能釋放率
Gc時，裂紋不擴展，當
G=Gc時，裂紋擴展；在
3D模型中，需要確定裂紋前沿擴展的位置（
G＞
0.75Gc)。如圖
6所示為裂紋擴展方向的確定，裂紋朝著最大切應力方向擴展。
圖6：裂紋擴展方向
在計算裂紋擴展的每一個時間步，可使用網格自適應模塊
Homard調整生成如圖
7的加密網格。
圖7：使用Homard模塊調整生成的網格
基于
Griffith理論法對三個模型進行模擬，得到三個模型中的裂紋擴展的結果如圖
8所示。
展開 ANSYS WORKBENCH疲勞裂紋擴展分析
接上一案例，采用ANSYS WORKBENCH進行疲勞裂紋擴展分析，模型參數與上一案例相同。
當采用圖示模型進行計算時，會有如下報錯信息。
于是依據模型對稱性，修改模型如下。
WORKBENCH中疲勞裂紋擴展基于應力強度因子形式的paris公式，相應材料參數中需添加圖示參數C和m。
ANSYS中提供了兩種疲勞裂紋擴展壽命計算方式，即固定裂紋擴展距離，計算每次擴展對應循環次數；或固定循環次數，計算相應循環次數對應裂紋擴展距離。
在Fracture下分別設置相應初始裂紋及裂紋擴展參數。
分析設置中修改Fracture Controls設置。
計算結果可獲取圖示的裂紋擴展距離、裂紋擴展壽命曲線及相應曲線的數值。
展開 改進型緊湊拉伸試樣疲勞裂紋擴展分析-ANSYS Workbench ￥3
研究的主要目標是展示裂紋擴展路徑的數值模型，并研究孔洞對改進型緊湊拉伸試樣（MCTS）在恒定振幅載荷條件下疲勞裂紋擴展和疲勞壽命的影響。研究使用了ANSYS Mechanical (Workbench)軟件，利用ANSYS中的智能裂紋擴展技術來準確預測裂紋擴展路徑和相關的疲勞壽命。巴黎定律模型被用來評估不同配置的MCTS在線性彈性斷裂力學（LEFM）假設下的混合模式疲勞壽命。這種方法涉及準確評估應力強度因子（SIFs）、裂紋擴展路徑，并通過增量裂紋擴展分析進行疲勞壽命評估。疲勞裂紋擴展結果表明，疲勞裂紋總是被孔洞吸引，因此它要么只能彎曲其路徑并向孔洞擴展，要么只能在孔洞丟失后從孔洞處漂浮并進一步擴展。在混合模式載荷條件下的裂紋擴展軌跡方面，本研究的結果與文獻中發表的幾項裂紋擴展實驗結果相似，這些實驗觀察到了類似的結果。
3. : Setup
拖動Static Structural Analysis 到 ANSYS Workbench中:
4. : Engineering Data (Material Model)
o 選擇的材料為"SAE 1020 Carbon Steel".
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