ansys結構斷裂的案例
【4月17-21日 北京】ANSYS Workbench結構損傷、疲勞與斷裂數值計算方法與工程應用
背景
結構的損傷、疲勞與斷裂破壞是工程結構遭受往復載荷引起結構失效的重要因素，該方面的計算分析越來越受到工程界的重視。為使學員理解損傷、疲勞和斷裂計算的相關概念和原理，同時也幫助工程師在最短時間內掌握軟件的使用方法，提升解決實際問題的能力，提高新產品設計與評估的能力。特舉辦“ANSYS Workbench結構損傷、疲勞與斷裂數值計算方法與工程應用”培訓。該課程全面系統的講解nCode DesignLife軟件疲勞、損傷計算的原理和ANSYS Workbench斷裂計算原理，軟件設置方法以及常見問題的解決方法，重點講解材料疲勞曲線，載荷譜的處理方法，有限元結果的使用，應力疲勞，應變疲勞，振動疲勞，斷裂參數計算，界面開裂模擬，裂紋擴展計算，疲勞裂紋擴展壽命分析等內容。詳情請參見第四部分“內容大綱”。
時間地點
時間： 2019年4月17日-4月21日（第一天報到，授課4天）
地點：北京
主講專家
該課程講師，副教授，博士畢業于哈爾濱工業大學工程力學專業，擅長工程數值分析，14年仿真分析經驗；仿真領域涉及結構靜、動力計算，結構疲勞、損傷與斷裂，計算流體力學，流固耦合及多物理場耦合數值模擬，轉子及多體動力學，工程傳熱與熱應力計算，爆炸與沖擊力學，ansys二次開發等。發表學術論文20余篇，其中SCI、EI收錄論文13篇，申請發明專利2項。培訓70多場次，學員上千人。
內容大綱
報名費用
標準費用：4980元/人，食宿可統一安排，費用自理。
展開 ABAQUS結構損傷及斷裂數值及工程應用專題
網格無關性簡介
案例2：T型管網格劃分
案例3：復雜裝配體網格劃分
案例4：節點移動
ABAQUS
斷裂力學與損傷概述
理解斷裂力學與損傷基本技術點
1. ABAQUS斷裂力學功能匯總
2. 材料損傷的種類與定義過程
3. 斷裂力學的應用場景與技術特點
4. 斷裂過程對網格質量的要求
5. 斷裂力學與損傷建模注意事項及技巧
6. 聚合層單元的剝離過程
7. 虛擬裂紋擴展（VCCT）基本過程
8. 擴展有限元（XFEM）詳細過程
9. 常見裂紋擴展結果后處理與數據顯示
10. 斷裂力學J積分及強度因子等重要概念
案例5：T向焊接件焊縫表面裂紋熱固耦合應力強度因子計算
案例6：壓力容器表面橢圓裂紋J積分算法
案例7：多裂紋板裂紋尖端T應力計算
案例8：中心裂紋拉伸作用蠕變過程C*積分計算
案例9：3D雙臂梁界面擴展模擬
案例10：三點彎曲三維裂
ABAQUS
斷裂與損傷常見注意事項
幾種常見的斷裂與損傷分析過程
掌握常見斷裂分析過程
斷裂與損傷力學重點結果處理
培訓收費有兩類，請您按自身需要靈活選擇。
展開 基于宏觀斷裂力學的CFRP薄壁結構耐撞性能研究及應用
2016年，TAN Wei等［9］首次采用斷裂方法對CFRP層合板進行測量，確定了層合板的斷裂韌性，提出了新型本構模型，該模型能準確地描述非線性力學響應和斷裂過程，最后通過試驗進行了驗證。2019年，TUO Hongliang等［10］提出了層間損傷和層內損傷相結合的三維損傷模型，對比了試驗結果與數值模擬結果，驗證了該模型的可行性。同年，ZHOU Junjie等［11］利用宏觀力學分析模型對復合材料層合板的低速沖擊進行模擬，通過試驗證明宏觀力學模型的準確性。
宏觀力學分析方法能夠很好地模擬復合材料的力學性能，為了充分發揮復合材料的潛在價值，需要對復合材料力學性能進行深入研究。在工程實際應用中，需要準確評估復合材料結構件的力學性能，評估方法往往通過斷裂和裂紋擴展分析對復合材料結構件的強度性能進行預測，通過大量試驗來觀察復合材料的損傷形式，從而建立更加準確的強度損傷準則來預測復合材料的損傷行為。
本文研究對象為單向碳纖維增強復合材料，其強度和彈性模量相對于單一材料增強了數倍。此外，單向碳纖維增強復合材料相比于編織復合材料，其在單一方向上具有更好的力學特性，同時其制備技術更加成熟且成本較低。首先，介紹宏觀斷裂力學的損傷演化損傷準則，再從宏觀角度出發，根據纖維和基體的損傷狀態變量，計算出CFRP宏觀結構件的宏觀損傷狀態變量，并實時更新宏觀損傷剛度矩陣。然后，從耐撞性能指標和變形模式角度出發，通過CFRP薄壁圓管軸向壓潰試驗結果來驗證宏觀斷裂力學研究方法的準確性。最后，將經過驗證的復合材料漸進失效模型應用在汽車前縱梁吸能部件中，從耐撞性能指標和輕量化角度出發，通過數值仿真分析方法，與傳統汽車前縱梁結構件的性能進行對比。
展開 飛機結構疲勞強度與斷裂分析
4、疲勞破壞的斷口有明顯的特征，總是呈現兩個不同的區域，一個是比較光滑的區域，叫做疲勞區，內有弧形線條，叫做疲勞線；另一個是比較糙的區域，叫做瞬時斷裂區。此區域內沒有疲勞線。
（二）、疲勞破壞的原因
疲勞破壞的原因
內因：構件外形尺寸的突變或材料內部有缺陷
外因：構件要承受有交變載荷（或交變應力）
在交變應力長期作用下，在構件外形突變處，或材料有缺陷處出現應力集中，逐步形成了非常細微的裂紋（即疲勞源），在裂紋尖端產生嚴重的應力集中，促使裂紋逐漸擴展，構件截面不斷削弱。當裂紋擴展到一定程度，在偶然的超載沖擊下，構件就會沿削弱了的截面發生突然斷裂。
二、飛機結構承受的交變載荷
（一）、飛機結構承受的疲勞載荷
1.機動載荷
它是由于飛機在機動飛行中，過載的大小和方向不斷改變而使飛機承受的氣動交變載荷。機動載荷用飛機過載的大小和次數來表示。
2.突風載荷
它是由于飛機在不穩定氣流中飛行時，受到不同方向和不同強度的突風作用而使飛機承受的氣動交變載荷。
3.地－空－地循環載荷
飛機在地面停放或在地面滑行時，機翼在本身重量和設備重量作用下，承受向下的彎矩，但飛機離地起飛后，機翼在升力作用下，承受向上的彎矩。這種起落一次交變一次的載荷，稱為地－空－地循環載荷。這是一種時間長、幅值大的載荷。
4.著陸撞擊載荷
它是由于飛機著陸接地后，起落架的彈性引起飛機顛簸加到飛機上的重復載荷。
5.地面滑行載荷
它是由于飛機在地面滑行時因跑道不平引起顛簸，或由于剎車、轉彎、牽引等地面操縱而加到飛機上的重復載荷。
6.座艙增壓載荷
這是由于座艙增壓和卸壓，而加給座艙周圍構件的重復載荷。
展開 
飛機結構疲勞強度與斷裂分析
4、疲勞破壞的斷口有明顯的特征，總是呈現兩個不同的區域，一個是比較光滑的區域，叫做疲勞區，內有弧形線條，叫做疲勞線；另一個是比較糙的區域，叫做瞬時斷裂區。此區域內沒有疲勞線。
（二）、疲勞破壞的原因
疲勞破壞的原因
內因：構件外形尺寸的突變或材料內部有缺陷
外因：構件要承受有交變載荷（或交變應力）
在交變應力長期作用下，在構件外形突變處，或材料有缺陷處出現應力集中，逐步形成了非常細微的裂紋（即疲勞源），在裂紋尖端產生嚴重的應力集中，促使裂紋逐漸擴展，構件截面不斷削弱。當裂紋擴展到一定程度，在偶然的超載沖擊下，構件就會沿削弱了的截面發生突然斷裂。
二、飛機結構承受的交變載荷
（一）、飛機結構承受的疲勞載荷
1.機動載荷
它是由于飛機在機動飛行中，過載的大小和方向不斷改變而使飛機承受的氣動交變載荷。機動載荷用飛機過載的大小和次數來表示。
2.突風載荷
它是由于飛機在不穩定氣流中飛行時，受到不同方向和不同強度的突風作用而使飛機承受的氣動交變載荷。
3.地－空－地循環載荷
飛機在地面停放或在地面滑行時，機翼在本身重量和設備重量作用下，承受向下的彎矩，但飛機離地起飛后，機翼在升力作用下，承受向上的彎矩。這種起落一次交變一次的載荷，稱為地－空－地循環載荷。這是一種時間長、幅值大的載荷。
4.著陸撞擊載荷
它是由于飛機著陸接地后，起落架的彈性引起飛機顛簸加到飛機上的重復載荷。
5.地面滑行載荷
它是由于飛機在地面滑行時因跑道不平引起顛簸，或由于剎車、轉彎、牽引等地面操縱而加到飛機上的重復載荷。
6.座艙增壓載荷
這是由于座艙增壓和卸壓，而加給座艙周圍構件的重復載荷。
在以上幾種疲勞載荷中，對殲擊機影響最大的是機動載荷、著陸撞擊載荷和地面滑行載荷。
（二）、交變應力
在上述交變載荷作用下，構件內部的應力也將是周期性變化的“交變應力”。
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 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！
鋼結構梁柱節點單調加載斷裂模擬
模型難點：
√ 模型的本構關系
√ 斷裂模型的提交設置
√ 斷裂模型的后處理
√ 斷裂模型的接觸設置
基于Abaqus的結構斷裂失效建模與仿真分析 ￥5
該文檔是Abaqus官方培訓時的教程，共633頁，里面對斷裂失效領域常見問題的理論模型及Abaqus操作進行了詳細剖析，具有非常強的應用價值。文檔中的圖片均為高清彩圖，便于讀者進行針對性的仿真建模計算。
擴展有限元（XFEM）在結構斷裂分析中的應用 ￥5
本案例中所講述的是一個金屬壓力容器在內壓作用下的裂紋擴展問題，采用的是XFEM，下一期開始講述復合材料結構中XFEM的應用，敬請關注。
以下為本案例的CAE模型及inp文件下載鏈接。
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 
塊狀納米結構材料設計助力抗斷裂鋰金屬負極
塊狀納米結構材料(BNM)是一類具有精細納米結構的塊體材料。根據經驗Hall-Petch(H-P)方程，屈服應力與材料整體的強度和硬度相關，與晶粒尺寸的平方根成反比。因此，分離的晶粒使材料更堅固，疲勞耐久極限增強意味著在某些外部應力下斷裂的形成受到抑制。同時，BNM的離子傳輸特性同時顯著增加，因為質量傳遞沿晶界比在晶粒中更快地發生。研究表明，如果晶粒尺寸低于臨界尺寸，電極體積波動引起的應力可以自適應而不發生顆粒破裂。
【成果簡介】
近日，天津大學羅加嚴教授(通訊作者)等根據塊狀納米結構材料概念，通過冶金工藝設計了抗斷裂LMA，并在Adv. Mater.上發表了題為“Bulk Nanostructured Materials Design for Fracture-Resistant Lithium Metal Anodes”的研究論文。在塊狀納米結構Li(BNL)中，離子導電相存在于晶界處，促進了Li+傳輸。 BNL中精細的鋰晶粒尺寸和沉淀硬化提高了機械強度和耐疲勞性，減輕了不均勻分布的應力并防止電極粉碎。作者利用密度泛函理論研究鋰與各種氧化物之間的結合能，發現SiO2是篩選氧化物中最佳的添加劑。BNL具有91 %的鋰金屬理論容量。在具有BNL負極的全電池中，LiFePO4在10 C下具有90 mAh·g-1的容量，比具有鋰箔負極的全電池高出一個數量級。該策略有望為抗斷裂LMA在鋰金屬電池中的應用鋪平道路。
展開 你見過怎么折疊都不斷裂的3D打印結構嗎？
圖中這個復雜緊湊的結構，就是佐治亞理工學院土木與環境工程學院的研究人員通過融合折紙結構利用數字光處理3D打印技術一步成型制造出的。此前，生產這種結構步驟繁瑣，需要借助多種材料，然后還需要將小部件一個個組裝起來。如今依靠研究人員研發出的整合系統，不僅可以一步成型生產，結構本身還具有更輕，更大延展性及更大韌性等特性。
這種折紙結構不僅可以承受更多重力，還能像手風琴那樣重復多次折疊。“現在生產出的這個結構僅是整合系統可以生產復雜折紙結構的一個明證。這個系統有非常大的應用前景。”佐治亞理工學院土木與環境工程學院的Glaucio H. Paulino如此說。
2015年Paulino教授首次對外展示的此種結構還是用紙和特殊的膠水制成的，現在他們成只用一種塑料聚合物無需組裝就可生產出這一結構了。
雖然3D打印有很多技術，最為大眾熟悉的3D噴墨打印也已經有20多年的歷史了，但是由于去除打印支持材料非常具有挑戰性，直到今天3D打印這種復雜的中空折紙結構仍然都是一個難題。此外，很多3D打印材料無法做到像紙那樣重復折疊。為解決這些問題，研究人員轉向了數字光處理技術。通過該技術持續打印液態樹脂層，然后通過紫外光固化硬化成型。
在過程中，研究人員還發現了一種新的樹脂，固化后具有很強的硬度。“我們需要一種新材料，不僅柔軟并且能夠折疊數百次不會斷裂。”研究人員稱。
這種新型樹脂還是折紙結構的細小鉸鏈的關鍵。這些由更薄的樹脂層制成的鉸鏈使得折疊成為可能。
目前研究人員利用數字光處理技術制造出了幾個折紙結構，包括組成封閉管道的單個折紙單元以及這些封閉管道組成的復雜橋梁。
研究人員將這些結構進行了測試，以證明其可以承受超過自身重量100倍的重力，同時也可以重復折疊不斷裂。
來源：3D打印世界
展開 【9月20-23日 北京】 nCode DesignLife+Workbench結構疲勞、損傷與斷裂
一、課程背景
結構的損傷、疲勞與斷裂破壞是工程結構遭受往復載荷引起結構失效的重要因素，該方面的計算分析越來越受到工程界的重視。特舉辦《ANSYS nCode DesignLife+Workbench結構疲勞、損傷與斷裂數值計算方法及其工程應用》研修班。該研修班全面系統的講解ANSYS nCode DesignLife軟件疲勞、損傷計算的原理和ANSYS Workbench斷裂計算原理，軟件設置方法以及常見問題的解決方法，重點講解材料疲勞曲線，載荷譜的處理方法，有限元結果的使用，應力疲勞，應變疲勞，多軸疲勞，蠕變疲勞，振動疲勞，斷裂參數計算，界面開裂模擬，裂紋擴展計算，擴展有限元，疲勞裂紋擴展壽命分析等內容，使學員理解損傷、疲勞和斷裂計算的相關概念和原理，同時也幫助工程師在最短時間內掌握軟件的使用方法，提升解決實際問題的能力，提高新產品設計與評估的能力。
二、時間及地點
2019年9月20日-9月23日 北京
（第一天報到，授課3天）
三、主講專家
該課程講師，副教授，博士畢業于哈爾濱工業大學工程力學專業，擅長工程數值分析，14年仿真分析經驗；仿真領域涉及結構靜、動力計算，結構疲勞、損傷與斷裂，計算流體力學，流固耦合及多物理場耦合數值模擬，轉子及多體動力學，工程傳熱與熱應力計算，爆炸與沖擊力學，Ansys二次開發等。發表學術論文20余篇，其中SCI、EI收錄論文13篇，申請發明專利2項。培訓70多場次，學員上千人。
展開 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
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