斷裂仿真的案例
ABAQUS中泰森多邊形Voronoi和有限離散元FDEM結合的晶體斷裂仿真
《ABAQUS中泰森多邊形Voronoi和有限離散元FDEM結合的晶體斷裂仿真》
作者：星辰北極星
這個專題是依托于POLARIS_Voronoi插件制作的一套仿真案例視頻，講述Voronoi多邊形結合FDEM在晶體仿真中的一些應用；FDEM是FEM和DEM的一個組合縮寫，也就是“有限離散元方法”，結合了有限元和離散元的特征，在ABAQUS中主要通過大量嵌入Cohesive單元來實現，這一方法目前廣泛應用于巖石、玻璃、陶瓷等脆性材料的破碎仿真。
【課程內容】
第1章：課程概述
第2章：POLARIS插件
2.1 POLARIS_Voronoi插件介紹
2.2 POLARIS_InsertCohElem插件介紹
第3章：ABAQUS-Standard隱式分析案例
3.1 基于Cohesive單元的彈塑性斷裂仿真基礎
3.2 平面二維晶體試件的彈塑性拉伸斷裂仿真（二維多邊形）
第4章：ABAQUS-Explicit顯式分析案例
4.1 晶體試件的切削仿真（三維多棱柱）
4.2 圓柱多晶體試件的壓縮破碎仿真（三維多面體）
【案例：晶體拉伸斷裂仿真】
本例采用ABAQUS/Standard隱式計算方法，模型為平面二維多邊形，Voronoi控制點的分布是非均勻的，兩邊密，中間稀疏，類似于金屬材料經過表面處理后的晶粒細化，這種模型需要人為指定晶體控制點位置才能實現；此外，模型中的實體單元采用彈塑性材料的，因此是一種基于Cohesive方法的彈塑性斷裂分析的案例（本案例已經添加到Cohesive專題中）。
【案例：晶體切削仿真】
本例采用ABAQUS/Explicit顯式動力學分析方法。
展開 熱障涂層/環境障涂層/斷裂仿真模擬...長期跟學收徒
收徒
<p>個人長期從事功能涂層/防護涂層設計及失效分析研究，在斷裂仿真方面累積十多年經驗，在熱障涂層和環境障涂層方向研究上取得了很多成果，大家可以參考上兩個帖子，對于材料斷裂仿真、失效機理分析、新結構設計等方面具有獨特見解，在模型調試、分析技巧、收斂性輔助等方面有很多經驗可以教學分享，長期收徒，長期教學，如有想短期內提高斷裂分析技術或長期跟學探討學習的，可以加站內私信我或者加V?，<span style="color: rgb(25, 27, 31);">132</span>另外7927涂層8359方向如果想學習如何設計、計算、分析、發表SCI論文，也可以溝通交流，長期跟學后基本可以保證1年發表1篇SCI論文，模擬需要用到的插件/子程序都免費分享和教學。
展開 疲勞斷裂過程的仿真軟件ALOF
ALOF系統─專業的工程結構斷裂失效仿真軟件
ALOF，英文名全稱為Analyses Laboratory of Fracture，是一個面向斷裂失效過程的仿真實驗室；它以斷裂力學為基礎，對含缺陷構件進行模擬分析，為失效分析專家提供科學數據和判斷。ALOF采用目前世界上最先進的裂紋擴展計算技術(擴展有限元法XFEM和虛節點多邊形有限元法VNM)，由數位具有機械工程和計算力學專業背景的海內外博士、教授團隊歷時四年開發而成。ALOF的總體技術與性能達到國內領先、國際先進水平。ALOF的應用領域涵蓋核工業、航空宇航、國防軍工、能源動力、化工機械、船舶海洋以及土木結構等。
在三維復雜工程結構斷裂失效仿真分析時，ALOF具有四個顯著特色：
⑴ 更簡單─“一鍵式”建模過程：ALOF具有一鍵式導入完整CAD模型與一鍵式生成疏密合理的2D和3D裂紋擴展計算網格，可以多種形式導入裂紋數據，并擁有人性化的GUI界面。這些技術大大簡化了裂紋擴展的建模過程，降低了失效分析人員對數值模擬分析的理論門檻。
⑵ 更精準─全自動裂尖區分層加密：ALOF可自動追蹤裂尖并自動分層加密其局部區域網格，從而使精準的裂紋擴展仿真分析成為可能。ALOF除了具有在裂尖布置疏密合理的三角形、四面體等單元外，還可以生成和使用高精度的四邊形和六面體等單元，專業為個人PC機用戶定制仿真計算方案。⑶ 更專業─豐富的失效準則庫：ALOF使用的兩個關鍵技術可為多樣用戶提供K、J、COD、擴展角等斷裂力學參量，還提供給定裂紋長度下的結構壽命指標；同時，ALOF支持用戶二次開發，以設計自己的失效判據。
⑷ 更高效─全自動的裂紋擴展計算：ALOF采用了修正的擴展有限元技術，才真正可以高效模擬任意2D和3D工程結構中的非平面裂紋及其擴展過程。
展開 ALOF系統─專業的工程結構斷裂失效仿真軟件
ALOF系統─專業的工程結構斷裂失效仿真軟件
ALOF，英文名全稱為Analyses Laboratory of Fracture，是一個面向斷裂失效過程的仿真實驗室；它以斷裂力學為基礎，對含缺陷構件進行模擬分析，為失效分析專家提供科學數據和判斷。ALOF采用目前世界上最先進的裂紋擴展計算技術(擴展有限元法XFEM和虛節點多邊形有限元法VNM)，由數位具有機械工程和計算力學專業背景的留洋博士、中外籍教授團隊歷時四年開發而成。ALOF的總體技術與性能達到國內領先、國際先進水平。
在三維復雜工程結構斷裂失效仿真分析時，ALOF具有四個顯著特色：
⑴ 更簡單─“一鍵式”建模過程：ALOF具有一鍵式導入完整CAD模型與一鍵式生成疏密合理的2D和3D裂紋擴展計算網格，可以多種形式導入裂紋數據，并擁有人性化的GUI界面。這些技術大大簡化了裂紋擴展的建模過程，降低了失效分析人員對數值模擬分析的理論門檻。
⑵ 更精準─全自動裂尖區分層加密：ALOF可自動追蹤裂尖并自動分層加密其局部區域網格，從而使精準的裂紋擴展仿真分析成為可能。ALOF除了具有在裂尖布置疏密合理的三角形、四面體等單元外，還可以生成和使用高精度的四邊形和六面體等單元，專業為個人PC機用戶定制仿真計算方案。
⑶ 更專業─豐富的失效準則庫：ALOF使用的兩個關鍵技術可為多樣用戶提供K、J、COD、擴展角等斷裂力學參量，還提供給定裂紋長度下的結構壽命指標；同時，ALOF支持用戶二次開發，以設計自己的失效判據。
⑷ 更高效─全自動的裂紋擴展計算：ALOF采用了修正的擴展有限元技術，才真正可以高效模擬任意2D和3D工程結構中的非平面裂紋及其擴展過程。
展開 
基于Cohesive方法的斷裂仿真
專題內容
基于Cohesive方法的斷裂仿真專題共分五章內容，分別是：
3.1 專題簡介
3.2 Cohesvie相關PPT講解：Cohesive單元&Cohesive接觸
3.3 Cohesive方法相關的版本更新
3.4 Cohesive嵌入方法和POLARIS_InsertCohElem插件
3.5.1 示例1：雙懸臂梁撕裂模擬（三個模型）
3.5.2 示例2：Cohesive接觸在貨物運輸中的應用
3.5.3 實例3：基于Cohesive單元的二維水力壓裂模擬
3.5.4 實例4：撞擊破壞模擬（全局嵌入零厚度Cohesive單元）
各版本更新
課程中簡要介紹了ABAQUS各軟件版本升級過程中，Cohesive方法相關的更新內容：
ABAQUS6.10、 ABAQUS6.11 、 ABAQUS6.13 ：無更新
ABAQUS6.12：顯示分析中，基于牽引力分離的cohesive單元支持粘彈性材料模型Viscoelastic
ABAQUS6.14：牽引力分離準則中的拉壓剛度可以不一致；混合斷裂模式增加 MMIXDMI、 MMIXDME的輸出
ABAQUS2016：新增孔壓單元、流體裂縫分支、干摩擦等功能；GUI中增加嵌入Cohesive孔壓單元的網格編輯工具
ABAQUS2017：Cohesive接觸行為可以在隱式通用接觸中定義了。
POLARIS_InsertCohElem插件
功能概述：用于實體單元之間嵌入Cohesive單元功能，可實現復雜多裂縫的研究。拓展軟件原有功能，可實現全局、局部的零厚度或有厚度Coehsive單元的嵌入。
展開 準靜態力學的斷裂失效仿真 ￥100
對于結構件受拉壓彎扭后發生的斷裂失效，如果采用靜力學分析方法，會得到應力分布，但無論外力多大都無法觀察到斷裂效果。雖然采用動力學分析方法可以實現斷裂效果，但時間步長較小而求解時間長導致求解效率低。所以提出一種基于準靜態力學的斷裂失效的仿真方法。
ABAQUS材料斷裂與失效-XFEM|VCCT|COHESIVE|疲勞|侵蝕
ABAQUS材料斷裂與失效（XFEM|VCCT|COHESIVE|疲勞|侵蝕）篇
上個系列我們講了有關ABAQUS混凝土塑性損傷模型（CDP）的相關內容，得到了一些不錯的反饋；因此想趁著這股熱勁，繼續錄制一套課程；最終選擇了材料的斷裂與失效仿真。在很久以前，通用有限元軟件中，只有ABAQUS提供了擴展有限元方法（XFEM），一種不依賴于網格邊界的裂縫仿真方法。當時我還在學校，由于課題的原因，接觸了很多巖石斷裂和材料失效的實驗和仿真任務，從而也就使用上ABAQUS。
09年，想學好這款軟件并非易事，一方面是身邊沒有直接可以求助的前輩，因為大家都在用ANSYS；另一方面是當時市面上的相關書籍非常少（當時出的書都看過），加之自己英文不好，而且不怎么看幫助文檔，所以學習斷裂仿真就更加不易。后來有幸得到一份PPT課件：Modeling with Fracture and Fracture with Abaqus，是達索在2009年出的一套斷裂仿真的培訓教程，內容非常系統，不僅介紹了相關的斷裂理論、仿真方法和仿真技巧，還有實操案例。
達索09年斷裂課程內容目錄如下（公眾號中回復：“斷裂與失效”，可獲得此課件）：
雖然有好的資料在手，但看這里面五花八門的知識點，確實看著頭大，當時也是看了個一知半解，完成任務后，就放在一邊沒有去細細專研。
隨著時光推移，使用ABAQUS已經有八個年頭，仿真水平大幅提高，不知不覺也做了ABAQUS二次開發的工作，漸漸喜歡使用它來解決問題，自己沒課題，就幫別人做，也積累起一些經驗；但人的精力是有限的，所以以后想盡量做專一點，又不想將以前所學的知識輕易拋棄，因此打算將所專所長一一錄制成視頻教程，供大家學習，讓初學者少走一些彎路，視頻設置收費，是因為自己家庭條件并不好，收取少量費用還請大家理解。
展開 Abaqus利用梁單元模擬螺栓連接 附基于ABAQUS對螺栓斷裂問題仿真分析下載
下載地址：基于ABAQUS對螺栓斷裂問題仿真分析
基于不同斷裂準則的 6061-T651 鋁合金板抗沖擊性能數值仿真研究
摘要：利用 ABAQUS/Explicit 軟件建立了彈體沖擊靶板的有限元模型，并采用不同的斷裂準則進行數值仿真計算。通過分析 鋁合金板沖擊失效單元的應力狀態，揭示不同頭部形狀彈體沖擊下鋁合金板的失效機理，以及斷裂準則對數值仿真結果的影 響規律。研究結果表明，相比 MJC 斷裂準則，WMJC 斷裂準則由于考慮了 Lode 角的影響，預測的結果與試驗更吻合。隨著 彈體頭部曲率半徑比的增大，靶板失效單元中拉伸斷裂的占比逐漸增多，從而導致 Lode 角對數值仿真預測出的彈道極限的 影響逐漸減小。此外，在不同頭部形狀的彈體沖擊下，斷裂準則對靶板失效模式的影響機制存在區別。
關鍵詞：數值仿真優化；彈體頭部形狀；失效機理；斷裂準則；應力狀態
0 前言
鋁合金有較高的強度，比強度接近高合金鋼， 比剛度超過鋼，有良好的鑄造性能和塑性加工性能， 良好的導電、導熱性能，良好的耐蝕性和可焊性， 在航天、航空、交通運輸與建筑等領域有著廣泛的 應用。此外，鋁合金結構的高速沖擊、爆炸及結構沖擊等現象經常發生。因此，很有必要研究鋁合金 板在高速沖擊過程中的力學響應特性和失效機制。 在高速沖擊過程中，鋁合金板往往發生大變形甚至 斷裂，而斷裂行為和失效機理直接影響其抗沖擊性 能。由于影響因素眾多，鋁合金板在沖擊下的失效 機理和性能研究主要結合試驗、分析模型與數值仿 真進行，而分析模型的合理性嚴重依賴于試驗觀察 和相關假設[1]。 數值仿真相比試驗研究不僅成本低、耗時短， 而且能夠獲取豐富的研究數據。因此，數值仿真在 沖擊工程領域獲得了不少成功的應用，已成為研究沖擊問題的一種有效和實用的方法。但是，數值仿 真結果受到很多因素的影響[2]，其中對金屬材料斷 裂應變的不同表征形式，嚴重影響數值仿真結果的 有效性[3-4]。
展開 【CAE案例】基于結構仿真的斷裂力學分析
圖12 內聚力模型
（5）斷裂的操作符
結構仿真軟件提供了CALC_G命令，可以計算斷裂的能量釋放率G。
圖13 斷裂能量釋放率G
（6）概率性計算
結構仿真軟件提供了POST_ELEM(WEIBULL)命令，可以計算斷裂的概率性問題。
圖14 概率性
（7）脆性斷裂：
結構仿真軟件提供了CALC_GP命令，可以計算脆性斷裂的能量釋放率。
圖15 脆性斷裂
03 結論
通過在基于結構仿真的SALOME_MECA平臺中進行缺陷模型的斷裂分析，得到的斷裂分析結果對部件的現實生產應用起到積極的指導意義。
格物云CAE
一款國產可控云端仿真平臺，結構、流體、水動力仿真軟件場景化模塊化，支持多格式網格導入(.med、.inp、.cdb、.cgns等)和高性能并行計算，降低CAE使用門檻，拓展CAE應用范圍，加速工業企業研發制造數字化轉型。平臺支持云端CAE仿真生成工業APP，構建完全交互式仿真社區，快速實現行業通用經驗軟件化。
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展開 大涵道比分排渦扇發動機渦輪軸斷裂過渡態性能仿真
不同的軸斷裂形式下，上述危險事件發生的先后存在差異。而軸斷裂條件下的整機氣路動態響應很難在試驗環境下模擬和測試，因此，通過仿真研究渦輪軸斷裂條件下渦扇發動機的性能變化能夠對如何進行合理有效的主、被動安全設計奠定理論基礎和提供參考。
對于渦輪軸斷裂的研究目前主要集中在從結構強度的角度圍繞其載荷環境和疲勞壽命來開展
[
2?8
]，對于渦輪軸斷裂后整機氣路參數的響應研究較少。而要想對渦輪軸斷裂條件下的發動機性能進行仿真，需建立能夠能夠模擬氣流參毫秒時間量級的動態響應的性能模型。國內外學者對于航空發動機過渡態性能建模進行了一定研究
[
9?12
]，在此基礎之上，筆者團隊建立了針對空氣系統強瞬變過程的控制方程及模塊化仿真模型，并仿真分析了某型航空發動機高壓渦輪軸斷裂失效條件下的空氣系統強瞬變過程
[13]。之后又研究了小涵道比雙軸混合排氣渦扇發動機高壓軸斷裂失效后的動態性能
[14]。但大涵道比分排渦扇發動機的工作狀態和結構特征均與小涵道比混排渦扇發動機有所不同，而高壓軸斷裂和低壓軸斷裂后的響應也可能存在差異，因此文獻[
14]的結論無法直接外推，因此需要針對大涵道比雙軸分排渦扇發動機高、低壓軸斷裂失效后的動態性能分別展開研究。
1 分排發動機軸斷裂模型
本文首先依據部件法
[
15?19
]采用面向對象的語言在自主研發的過渡態性能仿真平臺上搭建大涵道比分排渦扇發動機的性能模型。主流路建模部件主要包括進氣道、風扇、中壓壓氣機（增壓級）、高壓壓氣機、燃燒室、高壓渦輪前導向器、高壓渦輪、低壓渦輪前導向器、低壓渦輪、內涵噴管、外涵噴管等部件。
展開 
成都洞力科技有限公司成立于2010年，是中國領先的斷裂疲勞仿真分析軟件和解決方案的提供者。洞力科技具備較強的自主研發能力和創新能力，獨立開發了擁有全部自主知識產權的ALOF系列產品，并不斷與國內外從事斷裂分析的領先科研機構開展緊密合作，為中國企業和科研機構提供一流的斷裂疲勞仿真技術解決方案。
洞力科技一直致力于斷裂疲勞仿真技術領域最專業的系統開發和項目咨詢。目前在中國已積累超過100家用戶，其中包括中國南車、中國特檢、中石化以及各大高校和各級科研院所。服務領域涉及高端制造、國防軍工、石油化工、能源采礦、教學科研等。洞力科技堅持不懈地為國內外客戶提供更加專業的科技服務，力爭成為仿真技術行業的典范。
伴隨著中國高鐵工業、特種設備、重型機械和航空工業的飛速發展，洞力科技產品線不斷豐富，解決方案日趨成熟。現在，洞力科技全力推廣斷裂疲勞分析的平臺建設，我們期待您的熱忱參與！
QQ 3126754911
展開 裂紋模擬斷裂仿真軟件
ALOF (Analysis Laboratory of Failure)軟件由University of Iowa、University of Glasgow與National University of Singapore的三位研究人員通力合作研發。主要目標就是為用戶提供一個對含缺陷構件方便準確進行模擬計算的平臺，以評估含裂紋等缺陷金屬構件的安全性與可靠性。ALOF的分析精度已為大量的實驗和學術論文所證明。
ALOF的主要功能和特色為：
⑴ 方便快捷地模擬含裂紋或缺陷體的失效破壞過程，評估裂紋構件的安全與可靠性。建立分析模型時可不預設裂紋形狀，裂紋擴展過程更無需人工干預；為提高分析精度，用戶可在裂紋附近進行高效的分層加密。
⑵ ALOF擁有友好的用戶交互界面，用戶可以在交互界面上建立CAE網格模型、定義材料和荷載以及選擇多種裂紋求解算法。ALOF可以根據分析結果生成失效或破壞過程的動畫，提供用戶所需要的失效分析報告。
下面是采用該軟件對一個門式起重機主梁的角焊縫裂紋安全評估與檢修周期制定。
1、背景介紹及模型簡化ALOF實現
門式起重機主梁的角焊縫是最容易出現裂紋擴展的區域之一，我們以此部位為例介紹ALOF確定漏檢設備檢修周期的過程。
圖1.門式起重機示意圖
圖2.門式起重機主梁參數化建模對話框與參數化模型
通過對該設備進行現場儀器探測和主梁模型的有限元分析，發現在某角焊縫處存在最大拉應力σm=150MPa，該部位受力如下圖3所示
圖3角焊縫模型
該角焊縫處存在一漏檢表面裂紋，以探測設備的漏檢長度作為裂紋初始長度，裂紋長度a =2mm，如下圖4所示。對該角焊接局部區域建立有限元模型，并定義初始裂紋，進行檢修周期的計算
展開 復合材料疊層結構的拉伸斷裂仿真 ￥800
本案例基于COMSOL軟件中的固體力學模塊的損傷模型模擬了一復合疊層結構在受到兩端拉伸作用下的拉伸變形過程以及斷裂帶生成過程，模擬結果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎合作交流！
帶孔洞板的裂紋擴展及斷裂仿真
本篇案例采用相場損傷模型模擬了帶孔洞板的裂紋擴展及斷裂過程，模擬結果如下：
感興趣的朋友可加我交流模型。Q：172497934，群1:743937736，群2：858277810。
