裂紋仿真的案例
基于XFEM的裂紋擴(kuò)展仿真過程詳解和仿真經(jīng)驗(yàn)交流（三）
第三部分、基于XFEM_COHESIVE & VCCT的裂紋擴(kuò)展仿真分析
接著上部分的內(nèi)容，擔(dān)心有些同學(xué)會搞混淆，這里把cohesive和VCCT兩個模型單獨(dú)拿出來說一下，主要說一下與Paris模型仿真的不同之處。由于這部分我用的比較少，難免會有考慮不周和認(rèn)識錯誤的地方還請大家批評指正。
####通用靜態(tài)分析步下的XFEM_COHESIVE裂紋擴(kuò)展仿真####
首先需要說明的是，三種方法的默認(rèn)裂紋擴(kuò)展方向準(zhǔn)則好像都是MTS準(zhǔn)則即最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則，因此，只要你的網(wǎng)格劃分合理，邊界條件定義正確，裂紋的擴(kuò)展軌跡基本上相同。不同之處在于疲勞裂紋擴(kuò)展壽命問題，它與模型和材料參數(shù)有關(guān)，如果仿真結(jié)果不是很理想，不妨換種仿真模型或者調(diào)整參數(shù)。
（1） part：可以選擇不建立crack實(shí)體，即無預(yù)制裂紋仿真，程序會根據(jù)你定義的參數(shù)判斷富集域部分單元的起裂條件，通過牽引分離定律判斷單元的損傷程度，包括最大主應(yīng)力和臨界能量釋放率條件或者最大位移條件。
展開 基于XFEM的裂紋擴(kuò)展仿真過程詳解和仿真經(jīng)驗(yàn)交流（二）（包括直接循環(huán)載荷步疲勞裂紋擴(kuò)展分析） ￥20
第二部分、基于XFEM_paris模型的裂紋擴(kuò)展仿真分析
相比于靜態(tài)裂紋參數(shù)計(jì)算問題，裂紋擴(kuò)展仿真在學(xué)術(shù)和工程領(lǐng)域更為人們所關(guān)注，常用的方法有網(wǎng)格重劃分技術(shù)、邊界元法、無網(wǎng)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(shí)現(xiàn)了實(shí)體與裂紋相互獨(dú)立，在裂紋擴(kuò)展的過程中不需要更新網(wǎng)格，提高了計(jì)算效率。ABAQUS中集成的XFEM裂紋擴(kuò)展仿真可以根據(jù)使用的模型分為三類：基于損傷力學(xué)內(nèi)聚力模型（cohesive）的牽引分離定律、基于LEFM的虛擬裂紋閉合技術(shù)（VCCT）和基于Paris公式的疲勞裂紋擴(kuò)展理論。第一種方法可以不用預(yù)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(yù)制裂紋，適用于裂紋的擴(kuò)展壽命分析。下面將對這三種操作流程進(jìn)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(jīng)過很多次的仿真分析，在模型和參數(shù)基本相同的情況下，筆者發(fā)現(xiàn)基于cohesive和基于VCCT模型的裂紋擴(kuò)展分析很難得到收斂，仿真難度較大，這有可能是參數(shù)設(shè)置的問題，部分參數(shù)修改之后還是能夠成功的，但也有可能是本人學(xué)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(xì)的說明，至于其余兩種方法只能夠簡單的說明一下其實(shí)現(xiàn)過程中的異同點(diǎn)。再次強(qiáng)調(diào)，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(xué)請別來罵我。
本文還將針對同學(xué)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(fā)生擴(kuò)展、每個cycle裂紋都會擴(kuò)展一次等。
展開 基于XFEM的裂紋擴(kuò)展仿真過程詳解和仿真經(jīng)驗(yàn)交流（一） ￥5
研究結(jié)構(gòu)裂紋擴(kuò)展和疲勞壽命已經(jīng)有了一段時(shí)間，深深的感覺到國內(nèi)研究成果相比國外有著許多的不足，尤其是在裂紋問題有限元仿真這一塊，現(xiàn)有的先進(jìn)的思想和方法都是國外研究者先提出和應(yīng)用的。其中，擴(kuò)展有限元方法（XFEM）以其獨(dú)特的優(yōu)勢得到了研究者們的青睞，然而國內(nèi)的相關(guān)資料特別是軟件操作方面比較少，而且各執(zhí)其詞，這會使得許多初學(xué)者產(chǎn)生誤解（筆者就是因此而走了不少的彎路），工欲善其事必先利其器，準(zhǔn)確掌握了合適的方法才能更好的進(jìn)行后續(xù)的研究工作。在學(xué)習(xí)了網(wǎng)上相關(guān)研究者的視頻資料、ABAQUS16.4用戶手冊和達(dá)索官方的培訓(xùn)資料之后，筆者對這部分軟件操作過程進(jìn)行總結(jié)并給出了自己的一些理解，很多小的細(xì)節(jié)往往會導(dǎo)致較大的誤差甚至是仿真的失敗，針對這些問題給出了一些小小的建議，希望對未來研究這方面內(nèi)容的同學(xué)們有所幫助。
第一部分、基于XFEM的靜態(tài)裂紋參數(shù)計(jì)算
相比于同類型的有限元分析軟件（如ANSYS），ABAQUS在裂紋這種強(qiáng)不連續(xù)問題上的仿真方面，其前處理建模和求解部分更加優(yōu)秀，但是后處理部分比較困難，有些參數(shù)沒辦法通過軟件直接輸出，需要進(jìn)行二次開發(fā)，后處理部分目前我做的還不是很好將在優(yōu)化之后另作說明。
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仿真具體流程如下：（圖片太多了上傳麻煩而且不方便排版，我懶得一個個上傳了，需要詳細(xì)流程的還是請下載文檔吧）
（1） 建立part：（實(shí)體模型和裂紋模型）
首先必須要明確的是ABAQUS只能夠計(jì)算和輸出三維裂紋的靜態(tài)裂紋參數(shù)，靜態(tài)裂紋必須三維，靜態(tài)裂紋必須三維，靜態(tài)裂紋必須三維，重要的事說三遍。
展開 裂紋轉(zhuǎn)子仿真
裂紋轉(zhuǎn)子仿真
基于EFG方法的剛性彈丸沖擊水泥墻裂紋擴(kuò)展仿真
剛性彈丸沖擊水泥墻 ￥100
<p>基于EFG方法的剛性彈丸沖擊水泥墻裂紋擴(kuò)展仿真，供研究參考。</p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202603/attachment/137bd526edb94955a92863d8379c8c6b.png" style="display: inline-block;" data-regular="true">
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展開 一種用LSPP看SPH仿真破碎裂紋等引起材料失效的物理行為引起的體積去除測量方法
在用LSDYNA軟件做裂紋損傷仿真時(shí)候，經(jīng)常需要在后處理中測量刀具切削工件去除的體積為多少，有很多文獻(xiàn)中為了實(shí)現(xiàn)這一功能，借助其他外力計(jì)算軟件測量，其實(shí)是將這一操作復(fù)雜化了，實(shí)際在LSPP中就可以完美實(shí)現(xiàn)這一功能，如下圖所示，類似的測量面積、質(zhì)量、飛濺的粒子數(shù)等都可以實(shí)現(xiàn)，操作類似。軟件是新版操作環(huán)境，若習(xí)慣老界面的設(shè)置，按shift＋F11就可以切換到經(jīng)典環(huán)境下。
基于ABAQUS的滾子軸承保持架橫梁裂紋擴(kuò)展仿真分析
基于ABAQUS的滾子軸承保持架橫梁裂紋擴(kuò)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(kuò)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(kuò)展過程，結(jié)果顯示，保持架末端裂紋呈近似45?擴(kuò)展，結(jié)果為滾子軸承保持架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了有益指導(dǎo)。
2. 問題/任務(wù)描述
滾子軸承在運(yùn)行過程中，滾動體在載荷區(qū)推動保持架轉(zhuǎn)動，而保持架在非承載區(qū)推動滾動體轉(zhuǎn)動，滾動體與保持架之間的載荷具有作用時(shí)間短，載荷幅值大的沖擊特征，而滾動體與保持架的打滑加劇了兩者之間的沖擊程度，容易導(dǎo)致保持架橫梁在端部萌生裂紋與擴(kuò)展而發(fā)生斷裂，影響滾子軸承的服役性能和壽命。如圖1所示，滾動體與保持架在區(qū)域A和B發(fā)生接觸，載荷分布面積較小，沖擊幅值較大，應(yīng)力容易在區(qū)域A、B、C和D區(qū)域集中分布，導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)裂紋萌生，在滾動體的反復(fù)沖擊作用下，裂紋擴(kuò)展直至保持架橫梁斷裂。具體參考《滾針軸承滾針—保持架沖擊碰撞特征仿真分析》一文[1]。
圖1 保持架應(yīng)力集中區(qū)域A、B、C和D
3. 仿真計(jì)算采用的設(shè)備基本情況（CPU、內(nèi)存等）
Intel(R) Core(TM) i7-8565U CPU @ 1.80GHz 1.99 GHz
8.00 GB (7.88 GB 可用)
Abaqus 6.14
4.
展開 基于智能裂紋擴(kuò)展方法在CT樣本中進(jìn)行裂紋擴(kuò)展傳播仿真 ￥5
裂紋擴(kuò)展模擬一直是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的一個難題。Ansys機(jī)械提供分離變形和自適應(yīng)重網(wǎng)格
模擬脆性材料裂紋擴(kuò)展的SMART技術(shù)。SMART裂紋擴(kuò)展方法自動評估裂紋尖端的斷裂參數(shù)（應(yīng)力強(qiáng)度因子或j積分），并根據(jù)用戶定義的臨界值進(jìn)行檢查。該算法還計(jì)算了滿足裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則時(shí)的裂紋擴(kuò)展角。隨著裂紋的擴(kuò)展，裂紋尖端周圍的網(wǎng)格自適應(yīng)細(xì)化。
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爆破裂紋擴(kuò)展CAE仿真（蛛網(wǎng)式裂紋）
一、仿真背景
爆轟產(chǎn)物膨脹破巖。炸藥爆炸會產(chǎn)生極大壓力，爆轟氣體膨脹破巖，同時(shí)對藥包周圍巖體施加非常大的載荷，以炸藥為中心周圍巖體產(chǎn)生徑向移動，因自由面的存在，附近巖體產(chǎn)生不一樣的位移量，藥包與自由面距離最近，附近巖體移動速度快持續(xù)時(shí)間長，產(chǎn)生較大位移，巖體距離藥包越遠(yuǎn)則位移量越小。各巖體間巖體位移不一致，相互間會產(chǎn)生作用力，作用力為切向應(yīng)力，在破壞巖體的某一范圍內(nèi)，切向應(yīng)力將大大超過巖體自身的動抗壓強(qiáng)度，由然在球形藥包附近的巖體會產(chǎn)生許許多多徑向裂隙。徑向裂隙產(chǎn)生后，爆生氣體進(jìn)一步泄放，裂隙繼續(xù)延伸擴(kuò)展，巖體加劇破碎。根據(jù)自由面距離和炸藥量等，巖體被破壞,可能被拋出形成爆破漏斗，或向自由面微微隆起。
二、仿真工具
本文采用Oasys、HyperWorks 前后處理器和LS-DYNA V971 求解器。
三、模型簡介
本例為2維爆破仿真模型，淺孔自由面垂直向上，應(yīng)力波首先傳播至表面，淺孔爆破會創(chuàng)造出新的自由面；深孔為孔底起爆，爆生氣體貫穿底部，深孔處開始破碎，爆炸應(yīng)力波傳播至分界處產(chǎn)生反射；部分爆炸應(yīng)力波繼續(xù)向上傳播，因淺孔處產(chǎn)生新的自由面，部分爆炸應(yīng)力波沿淺孔方向向上傳播
四、仿真動畫（手機(jī)APP用戶要點(diǎn)擊圖片才能看到動畫哦）
想學(xué)習(xí)更多的知識，請聯(lián)系我們！
展開 【11月15-16日 上海】ANSYS官方培訓(xùn)—PCB熱-應(yīng)力可靠性和多場耦合分析培訓(xùn)班
ANSYS專門針對PCB設(shè)計(jì)分析解決方案，可以快速從ECAD中直接導(dǎo)入PCB熱物參數(shù)，從而能在Mechanical中進(jìn)行準(zhǔn)確的PCB板熱力、疲勞、隨機(jī)振動、跌落等可靠性問題的仿真。ANSYS針對集成電路封裝也提供強(qiáng)大解決方案，可以快速準(zhǔn)確進(jìn)行集成電路熱應(yīng)力問題、封裝翹曲、焊球疲勞問題、裂紋預(yù)測及擴(kuò)展等可靠性分析。
本次培訓(xùn)從解決PCB及集成電路封裝結(jié)構(gòu)可靠性基礎(chǔ)功能入手，逐步深入到ANSYS解決PCB及集成電路封裝結(jié)構(gòu)可靠性高級解決方案，并將演示國外專家解決集成電路封裝可靠性問題的多層次模型方案。
為了解決集成電路封裝結(jié)構(gòu)可靠性仿真需求，提升相關(guān)科技工作者的技術(shù)水平，普及ANSYS軟件高級功能。因此，ANSYS公司特開辦“PCB熱-應(yīng)力可靠性和多場耦合分析培訓(xùn)班”。
培訓(xùn)合格者發(fā)放ANSYS技術(shù)培訓(xùn)認(rèn)證證書。
展開 案例 | 通過仿真避免焊接裂紋
案例1：擺臂焊縫開裂,在關(guān)鍵連接點(diǎn)焊接殘余變形太大
案例2：扭力梁的焊縫開裂
Simufact解決方案
為了解決這個技術(shù)問題并找到一個可行的工藝設(shè)計(jì)方案，MSC中國團(tuán)隊(duì)開始幫助客戶針對上述結(jié)構(gòu)開展焊接過程仿真分析和執(zhí)行后續(xù)的疲勞壽命計(jì)算。這里的關(guān)鍵點(diǎn)是提供殘余應(yīng)力和全部的“焊接歷史”（即變形、殘余應(yīng)變，峰值溫度）作為疲勞壽命模擬的初始條件。為此Simufact Welding作為最先進(jìn)的仿真工具被用來預(yù)測相關(guān)結(jié)果值和優(yōu)化不同焊接條件下的工藝參數(shù)。
焊接殘余應(yīng)力顯著影響焊縫的疲勞耐久性能。在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和疲勞壽命有限元分析中焊接殘余應(yīng)力沒有被考慮進(jìn)來，因此工程師們不能重現(xiàn)開裂問題。采用Simufact Welding，工程師們能夠復(fù)現(xiàn)擺臂的焊接過程，并獲得焊接殘余應(yīng)力。通過結(jié)合疲勞分析和基于Simufact Welding得到的結(jié)果——焊接殘余應(yīng)力，開裂問題可以成功重現(xiàn)。為減少焊接殘余應(yīng)力和關(guān)鍵接頭的焊接變形，工程師將焊接順序進(jìn)行了調(diào)整，并將改進(jìn)后的焊接工藝在Simufact Welding中進(jìn)行了分析。最終解決了開裂的問題，并將焊接變形減少至可接受的公差范圍。
上述工作流程被應(yīng)用到擺臂和扭力梁兩種結(jié)構(gòu)上，可以明顯的和可持續(xù)的幫助用戶減少焊接殘余應(yīng)力、變形，最終成功的預(yù)防結(jié)構(gòu)開裂問題。
結(jié)果
長安汽車通過使用Simufact Welding能夠?qū)附託堄鄳?yīng)力和變形進(jìn)行精準(zhǔn)的預(yù)測，并基于得到的焊接殘余應(yīng)力等結(jié)果進(jìn)行后續(xù)的焊縫疲勞性能分析，從而幫助企業(yè)降低開發(fā)階段的測試工作約20%的時(shí)間和10% 的成本投入。
展開 
裂紋模擬斷裂仿真軟件
主要目標(biāo)就是為用戶提供一個對含缺陷構(gòu)件方便準(zhǔn)確進(jìn)行模擬計(jì)算的平臺，以評估含裂紋等缺陷金屬構(gòu)件的安全性與可靠性。ALOF的分析精度已為大量的實(shí)驗(yàn)和學(xué)術(shù)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(gòu)件的安全與可靠性。建立分析模型時(shí)可不預(yù)設(shè)裂紋形狀，裂紋擴(kuò)展過程更無需人工干預(yù)；為提高分析精度，用戶可在裂紋附近進(jìn)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(wǎng)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(jù)分析結(jié)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(bào)告。
下面是采用該軟件對一個門式起重機(jī)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(shí)現(xiàn)
門式起重機(jī)主梁的角焊縫是最容易出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展的區(qū)域之一，我們以此部位為例介紹ALOF確定漏檢設(shè)備檢修周期的過程。
圖1.門式起重機(jī)示意圖
圖2.門式起重機(jī)主梁參數(shù)化建模對話框與參數(shù)化模型
通過對該設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場儀器探測和主梁模型的有限元分析，發(fā)現(xiàn)在某角焊縫處存在最大拉應(yīng)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(shè)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(qū)域建立有限元模型，并定義初始裂紋，進(jìn)行檢修周期的計(jì)算，有限元模型如圖所示。
展開 鋼裂紋磁通密度測量仿真計(jì)算 ￥1000
本案例構(gòu)建了一電磁結(jié)構(gòu)設(shè)備，用于測量帶有裂紋的鋼結(jié)構(gòu)的測通密度，建立的結(jié)構(gòu)模型如圖1所示：
圖1 幾何模型
基于COMSOL軟件的電磁場分析模塊，模擬得到了帶有多條裂紋的鋼圓柱體結(jié)構(gòu)的磁通密度模，模擬結(jié)果如下圖所示：
該方法和模型可用于進(jìn)行結(jié)構(gòu)的缺陷檢測，歡迎交流模型！
基于comsol的超聲紅外裂紋摩擦發(fā)熱仿真分析
</p><p><strong>2、驅(qū)動損傷區(qū)域摩擦發(fā)熱：</strong>遇到裂紋、分層等損傷時(shí)，在超聲波的激勵下介質(zhì)損傷兩界面間發(fā)生接觸碰撞，質(zhì)點(diǎn)間的摩擦作用使超聲波產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使損傷處及相鄰區(qū)域的溫度明顯升高，</p><p><strong>3、紅外成像，發(fā)現(xiàn)熱區(qū)：</strong>其對應(yīng)表面溫度場的變化可用紅外熱像儀觀察和記錄。</p><p><br></p><p> 此次采用comsol的固體力學(xué)和固體傳熱模塊復(fù)現(xiàn) 超聲致裂紋摩擦發(fā)熱基本原理。</p><p> 其中兩個模塊耦合采用的是固體力學(xué)的接觸-摩擦以及相應(yīng)的摩擦耗散熱進(jìn)行。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202202/d8ea00fe191141a2b3c48429e6dc7a32.gif"></p><p><br></p>
展開 基于FE-SPH耦合的算法采用ANSYS/LSDYNA仿真磨粒磨削硬脆材料的裂紋仿真方法總結(jié) ￥9.99
30angle 裂紋云圖
30angle 沿深度方向的裂紋分布云圖
調(diào)試許久的金剛石磨粒磨削硬脆材料引起的裂紋延伸擴(kuò)展云圖終于有了一定的進(jìn)展，紀(jì)念一下。2021-12-7.
