ansys 斷裂分析的案例
ANSYS斷裂分析實例
/POST1
*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
!
關于ANSYS斷裂力學分析清單
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*。
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展開 ANSYS 斷裂力學新功能之SMART自適應裂紋萌生分析
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 疲勞斷裂分析 附疲勞與斷裂華中科技大學下載
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 
一文帶你分析疲勞斷裂！ 附疲勞與斷裂華中科技大學文檔下載
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。
展開 基于ANSYS ls-dyna拉伸斷裂實驗模擬
基于ANSYS ls-dyna拉伸斷裂實驗模擬
作者：大龍貓 微信公眾號：CAE_ANSYS
拉伸斷裂實驗是測試材料的經典實驗，可以測量材料的應力應變曲線，測量材料的抗拉強度，作為經典的實驗如何獲取其模擬過程呢？仿真分析軟件AYSYS在默認的情況下，無論受力多大都不會被拉斷，其主要原因是算法的問題。
Ansys Mechanical疲勞與斷裂新功能介紹
An
sys斷裂力學功能概
覽
Ansys斷裂參數計算功能更新
Ansys SMART功能更新
Ansys nCode Design Life
總結
1、斷裂參數計算：橢圓形裂紋、環形裂紋
2、SMART斷裂：自動起始、非比例加載
3、nCode DesignLife：更多參數設置，減小文件大小
深圳市優飛迪科技有限公司成立于2010年，是一家專注于產品開發平臺解決方案與物聯網技術開發的國家級高新技術企業。
十多年來，優飛迪科技在數字孿生、工業軟件尤其仿真技術、物聯網技術開發等領域積累了豐富的經驗，并在這些領域擁有數十項獨立自主的知識產權。
展開 ANSYS Mechanical 2022 新功能：單元、接觸、斷裂力學、并行計算
本期是ANSYS Mechanical 2022 功能更新之單元、接觸、斷裂力學、并行計算。
文末領取學習資料
下面我們看看具體的更新內容：
一、單元部分
增強單元性能加強
面增強單元的彎曲剛度
使用單軸剛度單元進行反向求解
耦合單元的增強
運動副單元增強
二、接觸部分
基于Dual Shape函數的接觸算法
新的自適應小滑移選項
殼-實體組裝件的準確性改進
螺栓預緊支持通用軸對稱單元
網格獨立點焊增強功能
瞬態動力學精度改進：HHT算法
力矩收斂參考值計算穩健性改進
三、斷裂力學
基于應力比率的疲勞裂紋閉合
Paris定律與裂縫閉合效應相結合
應力比率（R）相關的疲勞裂紋擴展規律
靜態裂紋擴展的溫度/時間相關斷裂準則
自適應裂紋初始化/插入
3D界面單元
動態裂紋擴展尺寸控制
四、求解器效率提升
資源預測增強
分布式求解增強
文章篇幅有限
下圖微信掃碼領取完整版學習資料
展開 Ansys Mechanical 疲勞與斷裂新功能介紹
近年來，Ansys不斷將nCode DesignLife的相關分析功能整合到Mechanical界面下，目前已經能夠支持常見的疲勞分析功能及參數設置，且易用性更強。
另一方面，Ansys Mechanical 也在持續增強和完善其裂紋擴展分析的相關功能。
本次研討會將向大家介紹 Ansys Mechanical界面下的nCode DesignLife的疲勞分析功能，以及裂紋擴展分析新技術，包括多種新的裂紋生成功能，多裂紋前沿技術等。
內容綱要
張偉偉，Ansys主任應用工程師
上海交通大學機械設計及理論專業博士，
擁有多年的有限元理論研究與仿真應用經驗，在相關領域發表SCI，EI收錄論文十余篇，授權專利7項。目前任職于Ansys中國，負責結構類產品重點是顯式動力學產品的技術支持和推廣工作。
展開 螺栓松動斷裂分析
一般情況下，我們對于螺栓斷裂從以下四個方面來分析：
第一、螺栓的質量
第二、螺栓的預緊力矩
第三、螺栓的強度
第四、螺栓的疲勞強度
實際上，螺栓斷裂絕大多數情況都是因為松動而斷裂的，是由于松動而被打壞的。因為螺栓松動打斷的情況和疲勞斷裂的情況大體相同，最后，我們總能從疲勞強度上找到原因，實際上，疲勞強度大得我們無法想象，螺栓在使用過程中根本用不到疲勞強度。
0
1
螺栓斷裂不是由于螺栓的抗拉強度
以一只M20×80的8.8級高強螺栓為例，它的重量只有0.2公斤，而它的最小拉力載荷是20噸，高達它自身重量的十萬倍，一般情況下，我們只會用它緊固20公斤的部件，也只使用它最大能力的千分之一。即便是設備中其它力的作用，也不可能突破部件重量的千倍，因此螺紋緊固件的抗拉強度是足夠的，不可能因為螺栓的強度不夠而損壞。
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2
螺栓的斷裂不是由于螺栓的疲勞強度
螺紋緊固件在橫向振松實驗中只需一百次即可松動，而在疲勞強度實驗中需反復振動一百萬次。換句話說，螺紋緊固件在使用其疲勞強度的萬分之一時即松動了，我們只使用了它大能力的萬分之一，所以說螺紋緊固件的松動也不是因為螺栓疲勞強度。
展開 絲錐斷裂9大原因全面分析！
由上可見，造成絲錐斷裂的原因可謂多種多樣，機床、夾具、工件、工藝、夾頭及刀具等等都有可能，僅憑紙上談兵也許永遠都找不到真正原因。
abaqus斷裂分析例題
希望大家有用
某導管沖頭斷裂原因分析及改進
圖6 預鍛型腔
圖7 鍛模布局
生產試制與效果分析
生產試制
按上述方案制作完導管鍛模，按照滾擠拔長、預鍛、終鍛、切邊的工藝進行生產，鍛造過程中勤吹氧化皮和撒鋸末，模鍛后的飛邊均勻，沒有出現金屬偏心的現象，得到的導管見圖8。批量生產后，產品飛邊全部均勻(圖9)，鍛造過程觀察也沒有出現金屬偏心的現象。工藝改進后，累計生產已過萬件，上模沖頭再沒有發生過斷裂。
圖8 導管實物圖
圖9 導管飛邊均勻性一致
效果分析
⑴有形效果分析。
某導管鍛件工藝改進后，上模沖頭再沒有發生過斷裂。與之前平均壽命200 件相比，按照年均產量15000 件計算，每年減少修模75 次，為企業節約了數十萬元的修模成本。
⑵無形效果分析。
導管鍛件工藝改進后，上模沖頭再沒有發生過斷裂，保證了生產的正常進行，保證了訂單的兌現，占領了市場份額，確保了產品的贏利能力。
結論
⑴經生產驗證，導管沖頭斷裂原因分析正確、透徹，鍛造工藝方案改進可靠、操作性強，并按照改進后的鍛造工藝投入了正式生產。
⑵隨著某導管鍛造工藝改進的實施，上模沖頭非正常斷裂的現象得到了徹底的根絕，降低了模具的修理費用，生產得以正常進行，保證了訂單的兌現，確保了產品的贏利能力，達到了降本增效的目的。
——來源：《鍛造與沖壓》2021年第7期
展開 注塑機螺桿斷裂原因分析與預防
螺桿斷裂溫度也有關系，但是很少，幾乎都是螺桿的本身材質韌性差， 或者使用久了，翻新螺桿！
原料粗糙，比如原料加入有GF【玻璃纖維】那種原料是最費螺桿和機臺的！此原料流動性差，要求射速快！掌握不好，輕者火箭頭，和逆指環破裂，重者斷裂螺桿為多節！螺桿斷裂是可以預防的，在使用原料添加GF中，如果停機超過3分鐘以上，開機擇要清洗料管里原料，最好使用PP粘性較大，清洗螺桿，防止分解原料包裹螺桿和火箭頭。
清洗時，轉速降低，使得原料在受熱旋轉充分融化，清洗螺桿對于針點式模具，最好不過的了，防止膠道粘貼于靜模板上，使用熱料在開機生產！
在工單滿停機，做好工作，量產產品已夠，停機立刻清洗螺桿，讓螺桿的殘余原料全部排出去，再使用PP或者清洗螺桿的原料。
工藝問題，背壓和螺桿斷裂也有關系！背壓壓力過大，加料時，螺桿后作力增大，也可以使螺桿斷裂！
射膠終點不能位零，尤其是帶有高速射出機【蓄壓氣】射出很容易損傷火箭頭！射出殘量要控制好。記住，最關鍵的，再手動射出必須把保壓時間調為零，防止射膠終點為零！
成型溫度，要控制好。在開機時，注意要后松退再射出，因為在沒有松退時，火箭頭處有原料包裹，如果直接洗料或者射出，可直接造成火箭頭斷，逆指環破裂，記住先后松退再射出，使火箭頭的原料與火箭頭相分離開！！
記住不管使用什么原料，停機不生產，一定要把殘余的原料全都排出去，為下一次生產做好準備！
展開 高強螺栓斷裂成因分析
在校直工序中2件發生斷裂，斷裂位置大約在螺桿軸向1/2處(見圖1)。在校直過程中發生2件螺栓斷裂后隨即停止了該批次其余螺栓的校直。為查找螺栓斷裂原因，避免同類事件再次發生，筆者對斷裂的螺栓進行了相關的檢驗與分析。
1 理化檢測
1.1 宏觀檢測
1.1.1 斷口宏觀分析
兩根螺栓均斷裂在螺桿約1/2處校直彎曲部位，見圖 1(a)。斷口整體呈現脆性斷裂特征，斷口呈現由中心向四周的輻射狀條紋，斷口外層為光滑平整的脆性斷口，斷口表面未發現肉眼可見的宏觀塑形變形及夾渣物，圖2箭頭位置為校直工序中開裂。表明裂紋從心部起裂，向四周擴展，最終導致螺栓斷裂。
1.1.2 低倍檢驗
在斷裂螺栓斷口以下20 mm處沿橫向取樣，進行低倍檢驗，螺栓心部存在大量縮孔。檢驗結果為：一般疏松1級，中心疏松2級，一般斑點狀偏析<1級，見圖3，未發現裂紋等其它宏觀缺陷。
(a) 斷裂螺栓的整體圖；(b)螺栓的斷裂處
圖1 斷裂螺栓
(a) General drawing of broken bolt；(b) The breakpoint of bolts
Fig.1 Broken bolt
圖2 斷口宏觀形貌
Fig.2 Macromorphology of fracture
1.2 化學成分分析
在螺栓近斷裂位置約20 mm處取樣進行化學成分分析。采用德國OBLF生產的型號為QSN750直讀光譜儀 ，應用光譜分析法，測試其材料化學成分符合GB/T 3077—1999《合金結構鋼》對該材質螺栓化學成分的要求，見表1。采用美國力可公司的ONH-836型氧氮氫分析儀，對斷裂螺栓取試樣進行氧氮氫含量測定，結果為：0.0011% O，0.0090% N， 0.0001% H，O、N、H含量均較低。
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