基于ANSYS的斷裂的案例
基于ANSYS ls-dyna拉伸斷裂實(shí)驗(yàn)?zāi)M
基于ANSYS ls-dyna拉伸斷裂實(shí)驗(yàn)?zāi)M
作者：大龍貓 微信公眾號(hào)：CAE_ANSYS
拉伸斷裂實(shí)驗(yàn)是測(cè)試材料的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，可以測(cè)量材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線，測(cè)量材料的抗拉強(qiáng)度，作為經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)如何獲取其模擬過(guò)程呢？仿真分析軟件AYSYS在默認(rèn)的情況下，無(wú)論受力多大都不會(huì)被拉斷，其主要原因是算法的問(wèn)題。
基于ANSYS APDL的有裂紋平板問(wèn)題的斷裂力學(xué)仿真（PLANE183）
在測(cè)出該材料的斷裂韌度后，用斷裂韌度除以應(yīng)力集中因子，就得到安全系數(shù)，從而可以判斷，對(duì)于該裂紋構(gòu)件，在此工作應(yīng)力的作用下，裂紋是否會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展。
基于ABAQUS二次開(kāi)發(fā)的巴西圓盤(pán)斷裂機(jī)理
摘要
+
針對(duì)含中心裂紋的巴西圓盤(pán)開(kāi)裂模型利用ABAQUS進(jìn)行了參數(shù)化二次開(kāi)發(fā)，基于擴(kuò)展有限元法和最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則對(duì)試件裂紋擴(kuò)展進(jìn)行數(shù)值模擬并驗(yàn)證，研究了圍壓對(duì)裂紋擴(kuò)展以及裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子和T應(yīng)力的影響．研究結(jié)果表明，試件在預(yù)制裂紋尖端發(fā)生起裂并沿最大周向應(yīng)力方向擴(kuò)展。隨著裂紋傾角增大，Ⅰ型應(yīng)力強(qiáng)度因子逐漸減小，Ⅱ型應(yīng)力強(qiáng)度因子呈現(xiàn)先增大 后減小的趨勢(shì)，T應(yīng)力逐漸增大．隨著圍壓數(shù)值的升高，試件的斷裂韌度增大，T應(yīng)力增大，而Ⅰ型和Ⅱ型應(yīng)力強(qiáng)度因子幾乎不受影響。
巴西圓盤(pán)裂紋擴(kuò)展數(shù)值模擬
+
在基于ABAQUS二次開(kāi)發(fā)對(duì)模型進(jìn)行建模后，首先對(duì)含中心裂紋巴西圓盤(pán)進(jìn)行了裂紋擴(kuò)展的數(shù)值模擬，對(duì)不同裂紋傾角β的試件進(jìn)行數(shù)值模擬，并將所得裂紋擴(kuò)展結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì) 比，如圖7所示，其中左側(cè)為試驗(yàn)結(jié)果，右側(cè)為數(shù)值模擬結(jié)果．
圖7數(shù)值模擬與試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果
對(duì)比結(jié)果表明，數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較為一致，預(yù)制裂紋從裂紋尖端起裂并沿最大主應(yīng)力方向進(jìn)行擴(kuò)展直至破壞，這也符合巴西圓盤(pán)試 件破壞的理論假設(shè)．在后處理中對(duì)平臺(tái)壓板反作 用力載荷進(jìn)行提取，并繪制載荷隨時(shí)間變化的關(guān) 系曲線，如圖8所示．
展開(kāi) 基于cohesive單元斷裂損傷問(wèn)題
大家好，我在使用COHESIVE單元模擬晶體壓縮斷裂失效的時(shí)候，總是出現(xiàn)奇異值錯(cuò)誤，COHESIVE單元不能按照設(shè)定的單元參數(shù)進(jìn)行單元?jiǎng)h除。我想知道有什么方法可以解決這種錯(cuò)誤？
基于宏觀斷裂力學(xué)的CFRP薄壁結(jié)構(gòu)耐撞性能研究及應(yīng)用
基于復(fù)合材料纖維的宏觀損傷演化過(guò)程如式（8）所示。
式中：為纖維損傷因子，和分別為纖維的拉伸斷裂韌性值和壓縮斷裂韌性值，kJ/m2；charlength為單元特征長(zhǎng)度。當(dāng)宏觀纖維損傷狀態(tài)變量D T(C)f 大于1時(shí)，纖維性能開(kāi)始折減，通過(guò)定義宏觀纖維損傷因子F T(C)f 來(lái)描述碳纖維性能的折減程度。
基于復(fù)合材料基體的宏觀損傷演化過(guò)程如式（9）所示。
式中：為基體損傷因子；和分別為基體的拉伸斷裂韌性值和壓縮斷裂韌性值，kJ/m2。當(dāng)宏觀基體損傷狀態(tài)變量F T(C)m 大于1時(shí)，基體性能開(kāi)始折減，通過(guò)定義宏觀基體損傷因子F T(C)m 來(lái)描述基體性能的折減程度。
基于復(fù)合材料宏觀剛度矩陣的更新過(guò)程如式（10）～（12）所示。
式中：d 1、d 2、d3、d 4、d 5和d 6分別為宏觀斷裂力學(xué)損傷狀態(tài)變量，通過(guò)引入宏觀斷裂力學(xué)損傷狀態(tài)變量來(lái)更新復(fù)合材料宏觀損傷剛度矩陣；f n為后續(xù)計(jì)算所用的中間變量值；dC 11、d C12、dC22、d C13、d C23、dC33、dG12、dG23和dG13為宏觀損傷剛度矩陣中的系數(shù)。
展開(kāi) 基于Cohesive方法的斷裂仿真
專(zhuān)題內(nèi)容
基于Cohesive方法的斷裂仿真專(zhuān)題共分五章內(nèi)容，分別是：
3.1 專(zhuān)題簡(jiǎn)介
3.2 Cohesvie相關(guān)PPT講解：Cohesive單元&Cohesive接觸
3.3 Cohesive方法相關(guān)的版本更新
3.4 Cohesive嵌入方法和POLARIS_InsertCohElem插件
3.5.1 示例1：雙懸臂梁撕裂模擬（三個(gè)模型）
3.5.2 示例2：Cohesive接觸在貨物運(yùn)輸中的應(yīng)用
3.5.3 實(shí)例3：基于Cohesive單元的二維水力壓裂模擬
3.5.4 實(shí)例4：撞擊破壞模擬（全局嵌入零厚度Cohesive單元）
各版本更新
課程中簡(jiǎn)要介紹了ABAQUS各軟件版本升級(jí)過(guò)程中，Cohesive方法相關(guān)的更新內(nèi)容：
ABAQUS6.10、 ABAQUS6.11 、 ABAQUS6.13 ：無(wú)更新
ABAQUS6.12：顯示分析中，基于牽引力分離的cohesive單元支持粘彈性材料模型Viscoelastic
ABAQUS6.14：牽引力分離準(zhǔn)則中的拉壓剛度可以不一致；混合斷裂模式增加 MMIXDMI、 MMIXDME的輸出
ABAQUS2016：新增孔壓?jiǎn)卧⒘黧w裂縫分支、干摩擦等功能；GUI中增加嵌入Cohesive孔壓?jiǎn)卧木W(wǎng)格編輯工具
ABAQUS2017：Cohesive接觸行為可以在隱式通用接觸中定義了。
POLARIS_InsertCohElem插件
功能概述：用于實(shí)體單元之間嵌入Cohesive單元功能，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多裂縫的研究。拓展軟件原有功能，可實(shí)現(xiàn)全局、局部的零厚度或有厚度Coehsive單元的嵌入。
展開(kāi) 基于Material studio拉伸-斷裂過(guò)程的Perl腳本
在材料科學(xué)的研究中，拉伸-斷裂過(guò)程一直是科學(xué)家們探索的焦點(diǎn)。這一過(guò)程涉及復(fù)雜的力學(xué)行為和材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的變化，對(duì)于理解材料的性能至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法不僅耗時(shí)耗力，而且難以捕捉到微觀尺度上的所有細(xì)節(jié)。
為了滿足科研工作者對(duì)材料性能更深入、更精細(xì)的研究需求，我們推出了一款基于Perl語(yǔ)言的Material Studio模擬腳本。這款腳本能夠高效模擬材料的拉伸-斷裂過(guò)程，幫助科學(xué)家們?cè)谟?jì)算機(jī)中重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，從而更深入地理解材料在受力過(guò)程中的行為。
該腳本通過(guò)強(qiáng)大的算法和精確的物理模型，能夠模擬材料在不同條件下的拉伸過(guò)程，包括應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、微觀裂紋的萌生與擴(kuò)展等關(guān)鍵參數(shù)。研究人員可以根據(jù)需要調(diào)整模擬條件，實(shí)時(shí)觀察材料性能的變化，從而快速篩選出具有優(yōu)異性能的材料候選者。
此外，該腳本還具備高度的靈活性和可擴(kuò)展性。研究人員可以根據(jù)自己的研究需求，輕松定制模擬流程，添加新的物理模型或分析方法。這一特點(diǎn)使得該腳本不僅適用于學(xué)術(shù)研究，也適用于工業(yè)界的材料設(shè)計(jì)與優(yōu)化。
總之，我們的模擬拉伸-斷裂過(guò)程的Perl腳本為材料科學(xué)研究提供了強(qiáng)有力的工具。它不僅能夠提高研究效率，節(jié)省實(shí)驗(yàn)成本，還能夠揭示材料性能背后的微觀機(jī)制，為新材料的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)提供有力支持。我們相信，這款腳本將成為材料科學(xué)領(lǐng)域研究的重要助手，推動(dòng)科學(xué)研究的不斷進(jìn)步。
最后，有相關(guān)需求歡迎通過(guò)公眾號(hào)“320科技工作室”與我們聯(lián)絡(luò)
展開(kāi) 【CAE案例】基于結(jié)構(gòu)仿真的斷裂力學(xué)分析
圖2 真實(shí)裂紋
更為專(zhuān)業(yè)的缺陷研究就是通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式（圖3），通常采用CT試樣進(jìn)行金屬材料的裂紋擴(kuò)展性能研究：
圖3 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)件
在研究斷裂問(wèn)題的時(shí)候，我們免不了會(huì)遇到一系列的挑戰(zhàn)。首先，在缺陷建模（圖4）中，我們需要考慮：1.交叉表面；2.網(wǎng)格自動(dòng)重塑；3.裂紋前沿網(wǎng)格細(xì)化；4.復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
圖4 缺陷建模
其次，在塑性損傷建模中，我們需要考慮：1.網(wǎng)格依賴性（圖5）；2.體積自鎖（圖6）；3.網(wǎng)格大變形（圖7）。
圖5 網(wǎng)格依賴性
圖6 體積自鎖
圖7 網(wǎng)格大變形
第三，我們還需考慮到結(jié)構(gòu)效應(yīng)：從實(shí)驗(yàn)室樣件尺寸到真實(shí)部件全尺寸的轉(zhuǎn)變（圖8）。
圖8 試驗(yàn)件到真實(shí)部件的尺寸轉(zhuǎn)變
02 解決辦法
在結(jié)構(gòu)仿真中，提供線彈性斷裂力學(xué)、非線性斷裂力學(xué)、擴(kuò)展有限元（XFEM）以及裂紋結(jié)構(gòu)網(wǎng)格處理等功能，可對(duì)脆性斷裂、延性斷裂和裂紋擴(kuò)展進(jìn)行仿真分析。
我們基于結(jié)構(gòu)仿真的斷裂力學(xué)分析模塊，在SALOME_MECA中可以實(shí)現(xiàn)：
（1）缺陷網(wǎng)格的顯性建模：
基于SALOME_MECA中的Zcracks/blocFissure功能，采用DEFI_FOND_FISS命令可以實(shí)現(xiàn)缺陷網(wǎng)格的顯性建模。
圖9 含缺陷網(wǎng)格建模
（2）缺陷網(wǎng)格的隱性建模
基于SALOME_MECA中的XFEM功能，采用DEFI_FISS_XFEM命令可以實(shí)現(xiàn)缺陷網(wǎng)格的隱性建模。
圖10 XFEM含缺陷模型建模
（3）損傷模型
在結(jié)構(gòu)仿真軟件中可以通過(guò)定義Rousselier，GTN模型，設(shè)置各項(xiàng)材料參數(shù)，從而設(shè)置斷裂分析的不同損傷模型。
圖11 損傷模型
（4）內(nèi)聚力模型（CZM）
結(jié)構(gòu)仿真軟件提供了內(nèi)聚力模型CZM的斷裂分析選項(xiàng)。
展開(kāi) COMSOL晶體斷裂基于維諾圖Voronoi泰森多邊形建模
在外部荷載及內(nèi)力效應(yīng)的作用下，晶體材料將發(fā)生斷裂破壞，按晶體材料斷裂時(shí)裂紋擴(kuò)展路徑的差異，可將晶體的斷裂分為穿晶斷裂及沿晶斷裂兩種斷裂形式。
穿晶斷裂中裂紋穿過(guò)晶體的晶粒內(nèi)部，斷裂面較為粗糙；沿晶斷裂中裂紋沿晶界擴(kuò)展，可以清楚地看到一個(gè)個(gè)晶粒，晶粒面比較光滑。
在COMSOL中對(duì)兩種斷裂形式進(jìn)行模擬，模型采用Voronoi泰森多邊形構(gòu)建晶體的晶粒組織，幾何模型采用CAD Voronoi插件進(jìn)行參數(shù)化建模生成。
插件采用合理的多邊形約束模式，可使得泰森多邊形晶粒結(jié)構(gòu)生成大小均勻，且可避免存在三角形晶體及角度過(guò)小的情況。模型對(duì)晶格及邊界分別定義不同的材料參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)開(kāi)裂模式上的差異。力學(xué)模型采用軸向拉伸模擬，左側(cè)邊界設(shè)置為輥支撐，右側(cè)設(shè)置水平向的位移。
COMSOL晶體材料的穿晶斷裂及沿晶斷裂位移：
COMSOL晶體材料的穿晶斷裂及沿晶斷裂裂縫擴(kuò)展：
需要進(jìn)行模擬的可在下面鏈接下載Voronoi的模型樣圖，CAD格式的，需要自己導(dǎo)入的COMSOL內(nèi)：
CAD Voronoi
展開(kāi) 基于Abaqus的結(jié)構(gòu)斷裂失效建模與仿真分析 ￥5
該文檔是Abaqus官方培訓(xùn)時(shí)的教程，共633頁(yè)，里面對(duì)斷裂失效領(lǐng)域常見(jiàn)問(wèn)題的理論模型及Abaqus操作進(jìn)行了詳細(xì)剖析，具有非常強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。文檔中的圖片均為高清彩圖，便于讀者進(jìn)行針對(duì)性的仿真建模計(jì)算。
基于相場(chǎng)損傷模型的混凝土細(xì)觀壓縮斷裂模擬
緒論
斷裂是混凝土材料破壞的主要模式。可靠、高效的混凝土斷裂模型在橋梁、隧道、大壩等土木工程結(jié)構(gòu)的安全評(píng)估中發(fā)揮著重要作用。對(duì)混凝土斷裂的研究,尤其對(duì)其裂紋萌生和擴(kuò)展的研究,引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者越來(lái)越多的關(guān)注。混凝土斷裂的數(shù)值模擬與斷裂理論、物理試驗(yàn)相互印證與補(bǔ)充,并隨著科技發(fā)展不斷地提高著混凝土斷裂問(wèn)題模擬的準(zhǔn)確性。近年發(fā)展起來(lái)的斷裂相場(chǎng)法,通過(guò)場(chǎng)變量的自動(dòng)演化獲取裂紋路徑,可方便地模擬出裂紋的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展過(guò)程。因此本案列將采用基于<a href="/major/<a href="/major/ABAQUS的斷裂相場(chǎng)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土斷裂問(wèn)題的模擬分析并探討該模型的工程實(shí)際適用性
理論基礎(chǔ)
相場(chǎng)法是一種以經(jīng)典熱、動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ),由耦合的非線性的力平衡方程和相場(chǎng)梯度型演化方程組合而成的唯象方法。該方法引入一組場(chǎng)變量來(lái)描述結(jié)構(gòu)的相變過(guò)程。與銳界面法中場(chǎng)變量的不連續(xù)性相反的是,相場(chǎng)法中場(chǎng)變量在界面區(qū)域具有連續(xù)性,可以用來(lái)描述材料初始時(shí)和完全破壞之間的平滑過(guò)渡。相場(chǎng)變量能分成保守的場(chǎng)變量與非保守的場(chǎng)變量?jī)煞N,總量在物體結(jié)構(gòu)演化中保持不變的為保守的場(chǎng)變量,如原子和電荷的濃度場(chǎng);總量在物體結(jié)構(gòu)演化中為不守恒的并從0到1變化的是非保守的場(chǎng)變量,如馬氏相變。
Frankfort和Marigo基于能量最小化原理提出了Griffith理論的變分形式。描述斷裂的相場(chǎng)法中材料勢(shì)能分為兩部分，彈性應(yīng)變能和表面能，分別對(duì)應(yīng)于完好相和斷裂相。Griffith理論的泛函形式可以表達(dá)為:
其中是對(duì)稱(chēng)的小應(yīng)變張量，代表裂紋面，Ω為求解區(qū)域。斷裂問(wèn)題系統(tǒng)自由能由彈性應(yīng)變能(等號(hào)右邊第一項(xiàng))和斷裂表面能(等號(hào)右邊第二項(xiàng))構(gòu)成，裂紋的擴(kuò)展受自由能最小化原理控制。通過(guò)求能量泛函的極值可以獲得材料系統(tǒng)的控制方程。
采用有限寬度的彌散區(qū)域來(lái)近似表征離散裂紋面，如圖 1所示。
展開(kāi) 
基于cohesive的三維脆性材料斷裂（abaqus cohesive單元本構(gòu)） ￥999
1、根據(jù)論文《Three-dimensional modeling of fracture in quasi-brittle materials using plasticity and cohesive finite elements》DOI:https://doi.org/10.1007/s10704-021-00514-1 編寫(xiě)的cohesive單元本構(gòu)
2、適用于三維模型
3、包含umat以及vumat
4、umat適用范圍小，多個(gè)cohesive單元一般采用vumat進(jìn)行計(jì)算
5、軟化曲線為Hordijk和bilinear
基于johnson-cook damage損傷模型試樣斷裂簡(jiǎn)單模擬 ￥10
johnson-cook damage損傷斷裂模型，模擬試樣拉伸至斷裂的過(guò)程，該模型主要設(shè)置好5個(gè)失效參數(shù)d1-d5，熔點(diǎn)溫度，轉(zhuǎn)變溫度，參考應(yīng)變率。損傷演化（類(lèi)型：位移；軟化：線性；退化：最大；位移失效：xx。將附件中已設(shè)置好的inp，直接導(dǎo)入到ABAQUS中提交運(yùn)算。
基于概率斷裂力學(xué)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子可靠性研究
基于概率斷裂力學(xué)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子可靠性研究[1]
基于概率斷裂力學(xué)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子可靠性研究[1].pdf
基于粘結(jié)裂縫模型的非均勻準(zhǔn)脆性材料斷裂模擬研究
基于粘結(jié)裂縫模型的非均勻準(zhǔn)脆性材料斷裂模擬研究
