abaqus涂層裂紋
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-02-27
abaqus涂層裂紋的視頻教程
ABAQUS裂紋專題篇--三維裂紋擴展之兩種預(yù)制裂紋的擴展有限元
詳細的講解了xfem理論部分，讓大家在使用xfem的時候熟知其基本原理；詳細的講解了擴展有限元三維裂紋擴展的兩種預(yù)制裂紋的方法；對比分析了遠場圍線積分求裂紋尖端應(yīng)力強度因子與擴展有限元求裂紋尖端應(yīng)力強度因子的優(yōu)缺點等。
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ABAQUS-壓彎裂紋擴展模擬（XFEM-無預(yù)置裂紋）
本案例基于ABAQUS/Standard模擬了無預(yù)制裂紋樣件在壓頭壓力在載荷下發(fā)生開裂及裂紋擴展的過程。樣件材料定義了彈性，塑性參數(shù)，Maxpe Damage損傷初始化參數(shù)及損傷演化參數(shù)，為助于收斂定義了損傷穩(wěn)定化參數(shù)。通過定義XFEM裂紋，壓頭在位移作用下，將試件壓彎，到一定程度產(chǎn)生裂紋并擴展。輸出了裂紋面應(yīng)力應(yīng)變情況，XFEM裂紋狀態(tài)變量。
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abaqus涂層裂紋的實例教程
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117179
本研究選用的基體為
TC4
鈦合金，在沉積涂層之前對試樣進行嚴格的拋光，以去除試樣表面缺陷的影響。涂層厚度約為
5μm
，呈致密柱狀晶結(jié)構(gòu)，拉
-
拉軸向疲勞測試應(yīng)力比為
0.1
，頻率
R=60 Hz
，正弦波形加載。
疲勞測試結(jié)果顯示涂層降低了鈦合金的疲勞極限，而對疲勞裂紋源的觀察可以看到，鈦合金試樣的疲勞裂紋源呈現(xiàn)典型的亞表面無缺陷疲勞裂紋源特征，而高應(yīng)力下鍍膜試樣的疲勞裂紋源呈現(xiàn)從膜基界面向基體內(nèi)部擴展的河流狀花樣，這表明涂層開裂改變了基體的疲勞裂紋萌生機制，疲勞裂紋在界面處萌生，涂層裂紋未在界面處停止而滲透到基體中，涂層與基體之間的裂紋是連續(xù)的，涂層開裂主導(dǎo)的膜致基體解理開裂成為疲勞裂紋萌生的主要機制。低應(yīng)力下覆膜試樣的裂紋源呈現(xiàn)與基體材料疲勞裂紋源相似的亞表面無缺陷疲勞裂紋源特征，疲勞裂紋開始于次表面，涂層和基體中的裂紋是不連續(xù)的。基體滑移臺階導(dǎo)致涂層斷裂，在已被位錯堆積擠壓的脆性α相上形成附加應(yīng)力集中，加速了亞表面疲勞裂紋萌生。
圖1 (a)疲勞試樣尺寸及(b)拉-拉軸向疲勞測試結(jié)果:帶有涂層鈦合金基體疲勞極限應(yīng)力顯著下降并且在某臨界應(yīng)力附件出現(xiàn)裂紋形核機制不同
圖2 不同循環(huán)應(yīng)力下的TiN-TC4試樣疲勞裂紋源形貌及位置統(tǒng)計結(jié)果：低于臨界應(yīng)力疲勞裂紋形核于界面附近的鈦合金基體中，高于臨界應(yīng)力裂紋形核于涂層/基體界面處
*感謝論文作者團隊對本文的大力支持。
本文來自微信公眾號“材料科學(xué)與工程”。
展開 圖1 2 單元C應(yīng)力曲線
三種單元描述了摩擦磨損的整個過程，在磨損的初期無明顯磨損產(chǎn)生，涂層在交變接觸應(yīng)力的影響下形成裂紋，裂紋擴散貫通造成材料局部剝落，剝落的顆粒產(chǎn)生磨粒磨損，磨粒擠壓撞擊涂層材料，使涂層破損，在涂層表面造成劃痕。此外，剝落區(qū)域的材料不再均勻連續(xù)，這將導(dǎo)致應(yīng)力集中產(chǎn)生，從而成為下次裂紋產(chǎn)生的起始點。在裂紋擴散途中，存在裂紋的部分受力面積減小，材料受到拉應(yīng)力和切向應(yīng)力會增大，應(yīng)力超過材料的屈服極限，材料破損并脫落。拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力不僅使共價鍵斷裂，還導(dǎo)致斷裂鍵周圍的晶胞發(fā)生塑性形變和滑移造成晶體缺陷，使涂層處于熱力學(xué)不穩(wěn)定的狀態(tài)，產(chǎn)生大量的殘余應(yīng)力。
3 結(jié)論
本文結(jié)合有限元軟件和實驗分析了氮化鋁涂層的磨損機制，得到相關(guān)結(jié)論如下：
在本實驗條件下，氮化鋁涂層的磨損深度隨著載荷的增加而增加，但3N到6N的磨損增加量明顯大于6N到9N的磨損增加量。隨著磨損深度的增加，滾動體與涂層之間的接觸面積會增加，使材料所受的接觸應(yīng)力下降。在同樣的滑行距離下，載荷越大磨損深度越深，接觸面積的增加越明顯，接觸表面之間的應(yīng)力下降越顯著，導(dǎo)致磨損深度增加的幅度下降。
結(jié)合摩擦磨損實驗和有限元分析研究了氮化鋁涂層材料的磨損去除機理。當(dāng)磨損發(fā)生時，涂層受到交變接觸應(yīng)力，逐漸形成裂紋，裂紋擴散造成材料局部剝落。剝落的顆粒擠壓撞擊涂層材料，使涂層破損。在裂紋擴散過程中，存在裂紋的材料受力面積減小，材料受到拉應(yīng)力和切向應(yīng)力會增大，當(dāng)應(yīng)力超過材料的屈服極限，材料斷裂剝落。拉應(yīng)力和剪切力不僅使材料斷裂，還導(dǎo)致斷裂區(qū)域周圍的晶胞發(fā)生塑性形變和滑移會引起晶體缺陷，會導(dǎo)致涂層殘留大量應(yīng)力，在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。
文章來源：機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2023,36(04)
展開 之前算過一個關(guān)于裂紋擴展的問題，當(dāng)時創(chuàng)建裂紋選擇的是contour intergral，后來又有人咨詢我裂紋尖端J積分的計算問題。我才恍然大悟，其實圍道積分方法還是適用于計算裂紋尖端在某時刻的J積分，至于動態(tài)擴展問題，還是交給XFEM吧（雖然也不太好）。
計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：
前幾天有人問我ABAQUS做焊點分析，我一看他給我的一片文獻，其實是用ABAQUS做裂紋擴展分析。之前也沒接觸過裂紋分析，于是照貓畫虎做了個算例，但是裂紋沒有擴展。
ABAQUS做裂紋有三種方法：contour integral，擴展有限元及VCCT法，這里用了contour integral法。
如圖所示，V形楔形處有一個預(yù)制裂紋，是采用Interaction模塊的assign seam設(shè)定的，裂紋的擴展面及方向是通過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。模型上的兩個孔，一個固支、一個勻速拉。預(yù)期當(dāng)裂紋尖端的單元變形達到某一個值時將刪除單元。
您看見了就給個意見唄。
步驟：
建立模型，進行適當(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)（包括一個叫演化參數(shù)）。
定義預(yù)制裂紋、定義裂紋擴展面、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就會產(chǎn)生裂紋擴展，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 XFEM疲勞裂紋擴展(基于Paris公式)教程
本文將詳細介紹在abaqus軟件中，利用擴展有限元（XFEM）實現(xiàn)疲勞裂紋擴展，用的是二維CT模型，三維模型同理。
主要包括一下幾方面：1.模型的建立（包括材料賦予，預(yù)制裂紋，分析步設(shè)置，邊界條件設(shè)置）2.關(guān)鍵詞設(shè)置（裂紋擴展的Paris公式在abaqus中的換算）3.收斂問題。
1. 模型的建立
根據(jù)國標(biāo)GB/T 6398-2017，金屬材料疲勞試驗疲勞裂紋擴展方法所規(guī)定的CT模型建模方法：
在abaqus中建模并且在中間畫好過渡線，可得：
再建一個預(yù)制裂紋（裂紋長度為1mm，你可以根據(jù)自己需要選擇長度）的模型：
材料賦予正常進行，賦予彈性和塑性就行，預(yù)制裂紋不需要賦予材料屬性（例子為了方便，只賦予彈性部分）
裝備部分，選擇CT模型及預(yù)制裂紋兩個part，再將預(yù)制裂紋移動至裂紋尖端:
Step設(shè)置：
本文用的是direct cycle分析步
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abaqus涂層裂紋的最新內(nèi)容
在交流群中，有人多次問到這個問題，所以直接把方法貼在了下面，希望大家可以輕松解決
Abaqus 給出的錯誤提示：
The following XFEM cracks are failing to correctly generate. The error conditions are listed with the crack names:
Crack-1 - Crack domain
摘 要：氮化鋁由于其優(yōu)異的絕緣性和高硬度，被廣泛用于絕緣涂層，有關(guān)氮化鋁涂層的摩擦磨損研究較少，磨損去除機理尚不明確。本文基于ABAQUS有限元軟件，采用Archard磨損模型和JH-2陶瓷損傷模型搭建了氮化鋁涂層磨損模型，對氮化鋁材料的磨損機理進行了研究。結(jié)果表明載荷與滑行距離是影響磨損的主要因素，氮化鋁材料的磨損量隨兩者的增加而增加。根據(jù)材料的應(yīng)力曲線變化將其分為完全破碎型、部分破碎型和彈性變形型
滾子軸承在轉(zhuǎn)動過程中會在滾動體與保持架之間產(chǎn)生較大的沖擊載荷，導(dǎo)致應(yīng)力集中分布在保持架橫梁的彎折位置，誘發(fā)保持架裂紋的萌生與擴展，影響軸承性能與壽命。針對這一問題，本案例建立了3D保持架橫梁有限元模型，仿真分析了保持架橫梁在連續(xù)沖擊載荷作用下的裂紋萌生與擴展過程，結(jié)果顯示，保持架末端裂紋呈近似45?擴展，結(jié)果為滾子軸承保持架結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了有益指導(dǎo)。
滾子軸承在轉(zhuǎn)動過程中會在滾動體與保持架之間產(chǎn)生較大的沖擊載荷，導(dǎo)致應(yīng)力集中分布在保持架橫梁的彎折位置，誘發(fā)保持架裂紋的萌生與擴展，影響軸承性能與壽命。針對這一問題，本案例建立了3D保持架橫梁有限元模型，仿真分析了保持架橫梁在連續(xù)沖擊載荷作用下的裂紋萌生與擴展過程，結(jié)果顯示，保持架末端裂紋呈近似45?擴展，結(jié)果為滾子軸承保持架結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了有益指導(dǎo)。
沿晶斷裂是指金屬材料中的裂紋沿晶界擴展而產(chǎn)生的一種斷裂。當(dāng)沿晶斷裂斷口形貌呈粒狀時又稱晶間顆粒斷裂。多數(shù)情況下沿晶斷裂屬于脆性斷裂，但也可能出現(xiàn)韌性斷裂，如高溫蠕變斷裂。當(dāng)金屬或合金沿晶界析出連續(xù)或不連續(xù)的網(wǎng)狀脆性相時，在外力的作用下，這些網(wǎng)狀脆性相將直接承受載荷，很易于破碎形成裂紋并使裂紋沿晶界擴展，造成試樣沿晶界斷裂，它是完全脆性的正斷。
在ABAQUS中可以利用Cohesive
1. 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行應(yīng)力強度因子分析。
圖1 尖銳型裂紋和鈍形裂紋
基于ABAQUS有限元軟件平臺，應(yīng)用它的腳本接口二次開發(fā)出一套可以用于自動計算疲勞裂紋擴展的程序包。該程序包可以實現(xiàn)參數(shù)化有限元建模、訪問輸出數(shù)據(jù)庫及進行其他后處理，從而避免重復(fù)建模及分析結(jié)果，顯著提高分析效率。
一.疲勞裂紋擴展程序工作流程
二.結(jié)果輸出
創(chuàng)建模型
采用帶有單邊裂紋的整體加筋壁板作為算例。
2.后處理結(jié)果
Abaqus：使用XFEM進行裂紋擴展仿真案例講解
Abaqus XFEM疲勞裂紋擴展(基于Paris公式)教程
本文將詳細介紹在abaqus軟件中，利用擴展有限元（XFEM）實現(xiàn)疲勞裂紋擴展，用的是二維CT模型，三維模型同理。
主要包括一下幾方面：1.模型的建立（包括材料賦予，預(yù)制裂紋，分析步設(shè)置，邊界條件設(shè)置）2.關(guān)鍵詞設(shè)置（裂紋擴展的Paris公式在abaqus中的換算）3.收斂問題。
1. 模型的建立
根據(jù)國標(biāo)GB/T 6398
基于ABAQUS的滾子軸承保持架橫梁裂紋擴展仿真分析
Cliff_Shi 重慶大學(xué) 400044
1. 摘要
滾子軸承在轉(zhuǎn)動過程中會在滾動體與保持架之間產(chǎn)生較大的沖擊載荷，導(dǎo)致應(yīng)力集中分布在保持架橫梁的彎折位置，誘發(fā)保持架裂紋的萌生與擴展，影響軸承性能與壽命。針對這一問題，建立了3D保持架橫梁有限元模型，仿真分析了保持架橫梁在連續(xù)沖擊載荷作用下的裂紋萌生與擴展過程，結(jié)果顯示，保持架末端裂紋呈近似
