ansys 材料斷裂的案例
ANSYS知識(shí)普及系列24——各種斷裂力學(xué)方法的適用材料
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詳見下表：
展開 材料的理論斷裂強(qiáng)度 附晶體材料強(qiáng)度與斷裂微觀理論下載
材料力學(xué)低碳鋼拉伸試驗(yàn)中，材料的變形分為四個(gè)階段：彈性階段、屈服流動(dòng)階段、強(qiáng)化階段和徑縮斷裂階段，如圖1，其中當(dāng)材料經(jīng)過d點(diǎn)后，材料很快發(fā)生斷裂，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力σb即為強(qiáng)度極限。但這只是實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象，它與材料的理論斷裂值還有很大的區(qū)別。
假設(shè)材料的斷裂是由于原子間距被拉的太遠(yuǎn)，超過了極限從而發(fā)生的斷裂。我們知道，原子之間的力與原子間的距離存在一定的關(guān)系，當(dāng)原子靠的特別近的時(shí)候，原子間存在排斥力，當(dāng)原子離的比較遠(yuǎn)的時(shí)候，原子間存在相互吸引力，在某一距離下，原子間的作用力為0，即平衡位置。
現(xiàn)在我們來考慮原子間的力與應(yīng)力的關(guān)系，根據(jù)應(yīng)力的定義
顯然，曲線上的最大值σm即代表原子間的最大結(jié)合力——理論斷裂強(qiáng)度，即在理論上認(rèn)為材料應(yīng)力超過σm時(shí)將被拉斷。作為一級(jí)近似，該曲線可用正弦曲線表示。
而實(shí)際上，對(duì)于純鐵的抗拉強(qiáng)度是只有170～270MPa左右，我們熟知的Q235鋼，其抗拉極限為375～460MPa，Q345鋼的抗拉強(qiáng)度約是490-620MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于材料的理論斷裂強(qiáng)度。主要原因在于公式(11)表示的是理想材料的斷裂強(qiáng)度，也就是說材料中沒有任何的缺陷。但這是不可能的，材料在冶金、鑄造、加工等過程中難免會(huì)產(chǎn)生一些初始缺陷，造成應(yīng)力集中從而大大降低了材料的強(qiáng)度缺陷。
下載地址：晶體材料強(qiáng)度與斷裂微觀理論
展開 ABAQUS多晶體材料斷裂模型
多晶體材料的斷裂研究有助于深入了解材料在微觀尺度下的力學(xué)行為，包括裂紋如何形成、擴(kuò)展以及停止，這對(duì)于發(fā)展和完善固體力學(xué)和斷裂力學(xué)理論至關(guān)重要。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)基于Voronoi建立多晶體材料晶粒及晶界模型，并進(jìn)行多晶材料的斷裂模擬。
多晶材料晶粒及晶界模型采用CAD Voronoi V3 多圖層版生成，插件可將不同組分的晶粒在CAD內(nèi)進(jìn)行分圖層繪制，可控制晶粒占比參數(shù)，以精確建立多晶體模型。
在AutoCAD內(nèi)將不同成分的晶粒分別另存為dxf格式文件，并導(dǎo)入到ABAQUS建立草圖，利用草圖建立多組晶粒及晶界部件，本案例中，共建立了五種不同的晶粒。
新建荷載施加裝置，并與多晶體模型裝配為整體，同時(shí)對(duì)不同組分的晶粒及晶界設(shè)置材料。由于本案例研究多組分晶粒模型的斷裂情況，因此不同組分的晶粒設(shè)置了不同的損傷破壞材料參數(shù)。
設(shè)置加載塊及支座與試件間的接觸。
編輯
跳轉(zhuǎn)
將下部支座固定，上部施加豎向位移，完成載荷的設(shè)置。
進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
建立作業(yè)提交計(jì)算并查看多晶模型的開裂結(jié)果。
展開 材料的疲勞損傷與斷裂 ￥5
材料的疲勞損傷與斷裂
復(fù)合材料的斷裂和韌性
復(fù)合材料的斷裂和韌性.ppt
材料脆性斷裂有限元模擬的UEL子程序?qū)崿F(xiàn)方法
一、引言
相場(chǎng)斷裂模型是描述當(dāng)裂紋尖端狀態(tài)達(dá)到臨界能量釋放率時(shí)發(fā)生裂紋擴(kuò)展現(xiàn)象的工具，被廣泛應(yīng)用于材料斷裂過程的模擬研究。UEL (User Element Subroutine) 子程序允許用戶自定義單元的切線剛度矩陣及節(jié)點(diǎn)力向量，在實(shí)現(xiàn)相場(chǎng)斷裂模型時(shí)具有靈活性與便利性。UMAT (User Material Subroutine)子程序可以供用戶自定義材料的本構(gòu)模型，同時(shí)可彌補(bǔ)UEL子程序無法可視化的缺陷。本文中的計(jì)算結(jié)合UEL子程序與UMAT子程序，采用雙層模型進(jìn)行交互計(jì)算材料的斷裂過程。
展開 復(fù)合材料疊層結(jié)構(gòu)的拉伸斷裂仿真 ￥800
本案例基于COMSOL軟件中的固體力學(xué)模塊的損傷模型模擬了一復(fù)合疊層結(jié)構(gòu)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(jié)果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎合作交流！
MARC模擬金屬材料的斷裂破壞
我最近在用MARC模擬金屬材料在楔橫軋過程中的軋制過程的斷裂和破壞，做了一個(gè)簡(jiǎn)單的二維的模擬，我把文件傳到附件中，有興趣的哥們可以下著看看，有MARC的高手希望能指導(dǎo)一下，我現(xiàn)在只是在初級(jí)階段，我的目的是研究三維的模擬。
crack_job1.rar
在MARC中分析脆性材料斷裂問題
我用的材料是顆粒增強(qiáng)復(fù)合樹脂，延伸率只有2％，屬于脆性材料
A：我也正在用MARC做斷裂分析,不知道你算的是什么樣的問題,如果是MODE I 斷裂模型的話,我推薦你使用能量法,MARC會(huì)為你算出J積分值的,而且對(duì)于脆性材料,其J積分值正好就是能量釋放率.我做的問題是納米涂層結(jié)構(gòu)在MIXED MODE下的斷裂分析,由于摩擦的存在,J積分可能不再保持其積分路徑無關(guān)性,所以采用直接法來計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子的,也就是用應(yīng)力或位移來算SIF.聽說MARC中可以在尖端處采用特異單元來擬出應(yīng)力特異性,但我不會(huì)用,所以只好通過REFINE來細(xì)分尖端區(qū)域(最小單元長(zhǎng)度在10E-3量級(jí)就差不多了(在MODE I下.采用能量法計(jì)算的話,不用細(xì)分尖端點(diǎn)).然后通過應(yīng)力(或位移)結(jié)果求K值,并用外插法來求出尖端點(diǎn)處的K值.隨裂紋成長(zhǎng),K和斷裂長(zhǎng)度的關(guān)系,我用了個(gè)笨辦法.就是預(yù)先知道斷裂擴(kuò)展方向的基礎(chǔ)上,在每個(gè)裂紋長(zhǎng)度下計(jì)算出K值,就可以得出K和a的關(guān)系曲線了.不過很麻煩,我一共建了14個(gè)模型算的,光建模就要花費(fèi)了很多時(shí)間,但結(jié)果還算可以.
我再給你介紹一種方法,供你參考.我研究室有個(gè)老頭,10年前用MARC算過纖維復(fù)合材料的單纖維push-out問題,他在纖維和基體的界面處,用用戶自定義TYING進(jìn)行約束,然后在UFORM子程序中給出TYING拖開的條件(他是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)出最大剪應(yīng)力以后,以此應(yīng)力作為拖開基準(zhǔn)的,不過好象不準(zhǔn)),這樣,就可以實(shí)現(xiàn)在加載過程中裂紋自動(dòng)擴(kuò)展.但大前提仍然是事先預(yù)測(cè)好擴(kuò)展方向.我本來想試試,不過我這的MARC好象安裝有問題,子程序的compiler總是不行.
展開 復(fù)合材料纖維方向斷裂韌性的測(cè)量方法
近期的材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫中收錄的部分材料中有一些是有纖維方向斷裂韌性的，歡迎大家點(diǎn)擊“材料庫”菜單查閱。
文章轉(zhuǎn)載自“復(fù)合材料力學(xué)”微信公眾號(hào)，原文鏈接如下：
復(fù)合材料纖維方向斷裂韌性的測(cè)量方法
激光非接觸發(fā)測(cè)量材料形變、斷裂
最高精度，線性度0.001%到0.1%，分辨率0.5nm到0.1mm
最大量程，130um-2000mm，最遠(yuǎn)可測(cè)距離1mm到4000mm
最小尺寸，直徑6mm
最高采樣速度，2kHz到400kHz
最高可耐溫度，2200℃超高溫表面可測(cè)
應(yīng)用
在線檢測(cè)
? 平整度監(jiān)控
? 涂膠高度測(cè)量
? 翹曲度監(jiān)控
位移測(cè)量
? 主軸跳動(dòng)
? 仿生肌肉
形貌測(cè)量
? 沖壓\磨損形貌
? 板材厚度
? 材料熱變形
? 鋼軌形狀
振動(dòng)測(cè)試
? 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)\風(fēng)洞試驗(yàn)
? 沖擊試驗(yàn)
? 模態(tài)分析
上海思信科學(xué)儀器有限公司面向全國各大高校、科研單位提供檢測(cè)及實(shí)驗(yàn)用高精密儀器。
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E-mail：sparkshi@think-foucus.com
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使用Abaqus求解金屬材料斷裂破壞實(shí)例
本文簡(jiǎn)單介紹使用Abaqus計(jì)算帶有漸進(jìn)損傷破壞參數(shù)的韌性金屬模型，圖 1為典型材料漸進(jìn)損傷曲線，其中A點(diǎn)為漸進(jìn)損傷起始點(diǎn)，AB段為材料損傷過程，點(diǎn)B為材料完全失效點(diǎn)。
圖 2為Abaqus漸進(jìn)損傷破壞相關(guān)參數(shù)，F(xiàn)racture strain為破壞應(yīng)變、stress triaxiality為應(yīng)力三軸度、strain rate為破壞應(yīng)變率、displacement at failure為漸進(jìn)損傷失效位移。
算例:
該模型分為兩部分，上端為限位座，限位座兩螺栓孔為固定約束，下端為限位塊，限位塊整個(gè)為剛性體，剛性參考點(diǎn)處施加強(qiáng)制位移，兩部分接觸位置定義接觸關(guān)系。
下表為整個(gè)模型的計(jì)算結(jié)果
使用abaqus求解金屬材料斷裂破壞實(shí)例.pdf
展開 有限元分析方法和材料斷裂準(zhǔn)則
三、材料斷裂模型
在有限元模擬時(shí)，切屑形狀的成形除了受刀屑分離準(zhǔn)則的影響，同時(shí)受材料斷裂模型的影響，尤其是單元切屑和鋸齒狀切削的形成由材料的斷裂模型來實(shí)現(xiàn)。Elbestawi和El-Wardanylsl應(yīng)用斷裂力學(xué)理論對(duì)高速切削中工件材料裂紋萌生和擴(kuò)展方向進(jìn)行了預(yù)測(cè)，指出當(dāng)工件材料自由表面的能量達(dá)到某一臨界值時(shí)，裂紋開始產(chǎn)生，并沿著應(yīng)變能密度最小的方向不斷擴(kuò)展，進(jìn)而造成材料的斷裂。
目前用來進(jìn)行高速切削有限元模擬的斷裂準(zhǔn)則有Rice&Tracy準(zhǔn)則、Brozz準(zhǔn)則、Cockroft&Latham準(zhǔn)則、MeClintock準(zhǔn)則和Freudenthal準(zhǔn)則。大量研究者采用Cockroft&Latham準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則是從能量角度建立的，通過高溫拉伸試驗(yàn)計(jì)算出斷裂塑性能，并同金屬材料變形斷裂所需的能量建立映射關(guān)系，將其作為判斷金屬材料延性斷裂的臨界能量值。
考慮到高速切削的特點(diǎn)，塑性應(yīng)變對(duì)工件材料失效斷裂起重要影響，ABAQUS/Explicit里定義材料屬性時(shí)可在材料編輯(Edit Material)選用Johnson-Cook斷裂應(yīng)變模型，該模型(見公式 (3.7)、(3.8))提供了材料到達(dá)失效點(diǎn)時(shí)等效塑性應(yīng)變的計(jì)算方法。
本研究選用了Johnson-Cook強(qiáng)度模型為材料的本構(gòu)模型，選用了Johnson-Cook剪切失效準(zhǔn)則為刀屑分離準(zhǔn)則，同樣采用了Johnson-Cook斷裂應(yīng)變模型為材料的斷裂模型。
ABAQUS Explicit里的 adaptive mesh采用了ALE技術(shù)。剪切失效準(zhǔn)則和Johnson-Cook斷裂應(yīng)變模型一起應(yīng)用就能動(dòng)態(tài)的判斷材料的失效并達(dá)到工件與切屑的分離。
展開 脆性斷裂brittle cracking的材料設(shè)置小示例
雖然BRITTLE CRACKING主要用于混凝土的斷裂分析，現(xiàn)在也逐漸應(yīng)用到陶瓷等其他脆性材料的斷裂分析。
2 設(shè)置
除了密度和彈性模量，需要設(shè)置材料的破壞參數(shù)，比如brittle cracking中的brittle failure 和brittle shear
brittle cracking 指定材料的拉伸強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度sigma-u）；
brittle shear 指定材料到達(dá)拉伸強(qiáng)度之后材料軟化的規(guī)律（指數(shù)形式，直線下降等）；
brittle failure 指定材料的斷裂韌性的一個(gè)指標(biāo)，一般在E-5量級(jí)。
3 cae
zhijia.part1.rar
zhijia.part2.rar
4 inp
c.part1.rar
c.part2.rar
5 說明
能模擬 雖然是很多新手熱衷于追求的結(jié)果，但是“能模擬”僅僅是萬里長(zhǎng)征第一步，
是否模擬得準(zhǔn)確（means相對(duì)準(zhǔn)確），與實(shí)驗(yàn)是否相符，那才是終極目的。比如這個(gè)模擬，抗拉強(qiáng)度是我自己假設(shè)的，而且我也假設(shè)材料為純脆性的。
結(jié)果顯示有2處斷裂，與實(shí)驗(yàn)應(yīng)該出入很大。
另外，如果結(jié)果不好，還要注意檢查下網(wǎng)格。斷裂分析是嚴(yán)重非線性問題，網(wǎng)格對(duì)結(jié)果影響很大。這個(gè)模型來自第一個(gè)鏈接的孤立網(wǎng)格，我無法修改網(wǎng)格，
就湊合著用這個(gè)四面體網(wǎng)格算出來的。
6 常見問題之一：
注意要在step---fieldoutput 設(shè)置單元?jiǎng)h除，隱藏失效單元.
7 動(dòng)畫
展開 焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計(jì)算方法
摘 要:以焊縫材料疲勞斷裂前裂紋長(zhǎng)度為輸出參數(shù),根據(jù)金屬材料疲勞斷裂的過程理論,利用可靠性技術(shù)中的漂移設(shè)計(jì)原理,對(duì)焊縫材料在一定循環(huán)次數(shù)下的失效率或給定不失效率的循環(huán)次數(shù)的可靠性計(jì)算方法進(jìn)行了探討。結(jié)合實(shí)例,對(duì)在給定循環(huán)次數(shù)和可靠度的條件下,對(duì)焊縫材料抗疲勞斷裂強(qiáng)度進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì)。
焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計(jì)算方法.pdf
