ansys 斷裂分析
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
ansys 斷裂分析的視頻教程
ANSYS 斷裂仿真專題
本課適合那些人學習： 1、學習型仿真工程師 2、理工科在校學生 3、從事結構有限元相關仿真工程師 4、ANSYS軟件結構方向應用實踐學習 對學員的幫助是什么： 1、了解ANSYS結構裂紋仿真基本流程 2、對裂紋仿真計算，裂紋擴展模擬有一定的理解與掌握 3、對仿真計算背后的基本理論有一定的了解。
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ansys 斷裂分析的實例教程
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*GET,K,CINT,1,CTIP,1,,5,,K1
*STATUS,K
兩個應力強度因子的計算結果基本一致，將斷裂韌性除以K，就可以得出安全系數，判斷裂紋是否擴展。
例三：（交互積分法求應力強度因子）
（整理自ANSYS的HELP）
例子位置索引:
有限元模型：
FINISH$/CLEAR
!
9) 材料構型力:材料力主要用于分析材料的缺陷，如位錯，空隙，界面和裂紋等。材料力也成為構型力，可以考慮夾雜物中的彈性固體（基體材料）。
對于線性或非線性彈性材料中，材料力矢量與裂紋面相切的分量代表了裂紋尖端的能量釋放率。此外，裂紋擴展方向，非均勻性，缺陷和失配網格也可以使用材料力進行表征。在彈塑性力學問題中，材料力矢量與裂紋面相切（平行）分量代表了裂紋擴展驅動力（J積分）。材料力的計算不考慮作用在裂紋表面的載荷。
10) C*積分:對于高溫蠕變裂紋擴展的研究，目前廣泛采用的控制參量之一是穩態蠕變C*積分。
正如各向同性彈性材料中的J積分一樣，C*積分表征了各向同性材料經歷蠕變變形第二階段的裂紋特征。C*積分的表達式如下：
在彈塑性階段，用以描述裂紋尖端區域應力、應變場強度的主要是，積分，因此，積分也就成為了彈塑性斷裂的基本準則。但材料蠕變條件下，J積分不再適用，此時能有效地反映裂紋尖端的應力應變場的是蠕變斷裂參量C*。
來源：本文來自CAE技術聯盟公眾號，版權歸作者所有。
展開 分別定義裂紋生成計算編號，斷裂參數，計算積分圍線，裂紋萌生的ADPCI編號，裂紋表面組件名稱。裂紋表面組件名稱（crksurf1和crksurf1）自定義，在裂紋萌生和局部網格發生變化時，程序會自動填充節點列表。如果不明確給出裂紋表面的節點組件名稱，程序會自動生成兩個內部節點組件。
CINT,NEW,11
CINT,TYPE,SIFS
CINT,NCON,4
CINT,INIT,1
CINT,SURF,CRKSURF1,CRKSURF2
!! 分別定義裂紋擴展分析編號，對應的擴展裂紋編號，以及使用smart分析方法進行裂紋擴展分析
CGROW,NEW,31
CGROW,CID,11
CGROW,METHO,SMART,REME
!! 該命令為非必須插入項，由于使用smart分析方法會自動在裂紋處加密網格，為減小計算量，設置裂紋擴展網格粗化選項，可能會影響計算精度
CGROW,RMCONT,coarse,aggr
!! 其中CONS – 使用保守的網格粗化 (default)
MODE – 適中網格粗化.
AGGR – 激進的網格粗化策略
5、設定載荷分析子步，建議設定較多的初始載荷子步和最小載荷子步捕捉裂紋擴展過程，本例設定了40個載荷步。
6、提交計算，計算過程中，在求解信息中會出現如圖中是否達到裂紋插入準則信息提示。達到準則之后程序會自動插入橢圓形裂紋和計算插入的橢圓形裂紋坐標位置和長短軸長度，以及輸出使用smart方法計算時重劃分網格的數目信息。
圖4求解過程信息提示
程序在確認橢圓形裂紋坐標位置時，會在每個子步標記所有滿足裂紋萌生條件的節點，并將它們分組到節點云中。節點云的幾何中心是橢圓的中心。
展開 圖4
3、化學成分
在連桿身部位取樣，進行化學成分(質量分數，%)分析，結果符合GB/T3077-1999 20CrMnTi的化學成分要求 。
4、結果分析
綜合上述檢驗結果，失效件材料化學成份符合技術條件要求。
連桿斷裂端一側面出現非正常嚴重磨擦現象，軸承弧面靠近磨擦面一端出現的藍灰色的氧化膜，是黑色氧化鐵(Fe3O4)及紅色氧化鐵(Fe2O3)的混合體，其形成溫度在400℃以上。表明該連桿與一輸出軸之間的磨擦導致該區域溫度過熱。
斷口掃描電鏡分析表明斷口疲勞裂紋源在氧化膜附近的拐角處，正處于高溫區域。表面氧化會使裂紋產生的機會增加，同時高溫提高了蠕變損傷的可能性。另一方面磨擦導致金屬表面粗糙，容易形成表面應力集中，增大疲勞源產生的可能性。
斷裂起源往往發生在拉應力最大的層面上。從連桿運動受力情況分析，斷口1的斷面所受的拉應力最大，容易在此斷面靠近磨擦面的拐角處形成裂紋源。同時由于該區域存在較粗大的狀碳化物，破壞了基體組織的連續性，加速了裂紋的形成和擴展，降低了疲勞強度，最終導致了疲勞斷裂。
連桿滲碳表面的碳化物過大與滲碳工藝不當有關。粗大的塊狀碳化物主要是由于碳濃度過高造成的，特別容易在工件尖角處形成，導致零件壽命顯著下降。
展開 4.結果分析
綜合上述檢驗結果，失效件材料化學成份符合技術條件要求。
連桿斷裂端一側面出現非正常嚴重磨擦現象，軸承弧面靠近磨擦面一端出現的藍灰色的氧化膜，是黑色氧化鐵(Fe
3O
4)及紅色氧化鐵(Fe
2O
3)的混合體，其形成溫度在400℃以上。表明該連桿與一輸出軸之間的磨擦導致該區域溫度過熱。
斷口掃描電鏡分析表明斷口疲勞裂紋源在氧化膜附近的拐角處，正處于高溫區域。表面氧化會使裂紋產生的機會增加，同時高溫提高了蠕變損傷的可能性。
另一方面磨擦導致金屬表面粗糙，容易形成表面應力集中，增大疲勞源產生的可能性。
斷裂起源往往發生在拉應力最大的層面上。從連桿運動受力情況分析，斷口1的斷面所受的拉應力最大，容易在此斷面靠近磨擦面的拐角處形成裂紋源。同時由于該區域存在較粗大的狀碳化物，破壞了基體組織的連續性，加速了裂紋的形成和擴展，降低了疲勞強度，最終導致了疲勞斷裂。
連桿滲碳表面的碳化物過大與滲碳工藝不當有關。粗大的塊狀碳化物主要是由于碳濃度過高造成的，特別容易在工件尖角處形成，導致零件壽命顯著下降。
因此在滲碳過程中應注意嚴格控制滲碳氣氛的碳勢，以免過高的碳勢引起工件表面形成粗大的碳化物。
5.結論
曲軸連桿斷裂屬疲勞斷裂，引起斷裂的原因是在使用時連桿受到劇烈磨擦，導致局部區域應力集中及溫度過高，降低了材料的疲勞強度。連桿拐角處表面的較大塊狀碳化物加速了裂紋的萌發及擴展。
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目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創建靜力結構系統
概述
材料的性能在很大程度上受其微觀結構影響。本文檔使用 Ansys 材料設計器展示四種不同類型的微觀結構及其對應的宏觀尺度材料性能：隨機單向纖維結構、體心立方顆粒結構、金剛石晶格結構和編織結構。
目標
理解微觀結構與宏觀尺度材料性能之間的關系
步驟
案例1：隨機單向纖維（木材）
1. 打開 Ansys Workbench，創建一個“材料設計器”組件。檢查單位。
2.
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概述：
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目標：
1、理解諧響應分析的工作流程
2、熟悉在 Ansys Mechanical 中通過命令片段定義粘彈性材料模型
步驟：
1、打開 Ansys Workbench
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概述
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目標
探究超彈性材料的特性
加深對大型非線性變形的理解
了解軸對稱建模的工作原理
步驟
1、在Ansys Workbench中創建一個靜力結構分析系統。
2、定義超彈性材料。
3、導入O型圈幾何模型。該仿真基于二維方案進行，然后通過旋轉得到三維結果。O型圈與設備的橫截面如圖
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講師：
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