abaqus 型裂紋的案例
ABAQUS二維裂紋擴(kuò)展模擬詳解
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(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度因子分析。
圖1 尖銳型裂紋和鈍形裂紋
對于兩種類型的裂紋，由于裂紋尖端均存在應(yīng)力集中，在裂紋尖端將產(chǎn)生非常高的應(yīng)力梯度，因此劃分裂紋體時通常需要對裂紋尖端的網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化以獲得精確的應(yīng)力值。需要注意的是，對于尖銳型裂紋，由于裂紋尖端存在奇異性，因此細(xì)化裂紋尖端的網(wǎng)格并不能使得裂紋尖端的應(yīng)力和應(yīng)變值收斂，減小網(wǎng)格尺寸只會使得裂紋尖端的應(yīng)力值增大；而對于鈍形裂紋，由于裂紋尖端存在鈍形缺口，因此細(xì)化裂紋尖端的網(wǎng)格將最終得到收斂的缺口應(yīng)力值。
在采用兩種類型的裂紋體計算J積分時，由于J積分的實質(zhì)是能量釋放率，因此在進(jìn)行線彈性有限元分析時，采用非常粗糙的網(wǎng)格也能夠獲得精確的J積分值，即使在這種情況下裂紋尖端的局部應(yīng)力應(yīng)變場并不是十分精確。而在進(jìn)行彈塑性斷裂力學(xué)分析時，通常需要細(xì)化裂紋尖端區(qū)域來獲得精確的J積分值。
本文僅考慮尖銳型裂紋的建立，在ABAQUS中尖銳型裂紋通常也被稱為seam裂紋，seam裂紋可以看做是部分或完全插入到模型中的代表裂紋的一條邊線，如圖2所示。seam裂紋通常由單元邊線構(gòu)成，在這些單元邊線上的節(jié)點會自動復(fù)制節(jié)點，位于這些單元邊線上的單元不會共享節(jié)點，從而實現(xiàn)了裂紋面的分離。
圖2 seam裂紋
如圖2中所示，通常裂紋尖端會采用一圈三角形單元進(jìn)行劃分，在三角形單元的外圍通常還會圍繞多層四邊形單元進(jìn)行過渡。
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