ansys 斷裂韌性
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys 斷裂韌性的視頻教程
ABAQUS 三維斷裂韌性--應(yīng)力強(qiáng)度因子
運(yùn)用ABAQUS，模擬運(yùn)算在特定的載荷（此載荷為三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中測(cè)定的斷裂載荷）作用下，在預(yù)制裂紋的情況下，模擬產(chǎn)生的極限應(yīng)力強(qiáng)度因子，與理論計(jì)算的斷裂韌性進(jìn)行比較，確定誤差。 運(yùn)用有限元擴(kuò)展XFEM技術(shù)，計(jì)算出三維裂紋在載荷作用下的應(yīng)力強(qiáng)度因子。
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ANSYS 斷裂仿真專題
本課適合那些人學(xué)習(xí)： 1、學(xué)習(xí)型仿真工程師 2、理工科在校學(xué)生 3、從事結(jié)構(gòu)有限元相關(guān)仿真工程師 4、ANSYS軟件結(jié)構(gòu)方向應(yīng)用實(shí)踐學(xué)習(xí) 對(duì)學(xué)員的幫助是什么： 1、了解ANSYS結(jié)構(gòu)裂紋仿真基本流程 2、對(duì)裂紋仿真計(jì)算，裂紋擴(kuò)展模擬有一定的理解與掌握 3、對(duì)仿真計(jì)算背后的基本理論有一定的了解。
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ansys 斷裂韌性的實(shí)例教程
復(fù)合材料的斷裂和韌性.ppt
斷裂韌性的測(cè)試原理和方法（pdf格式）
熟悉Abaqus內(nèi)嵌的二維hashin漸進(jìn)失效模型的同學(xué)都知道，在判斷損傷起始以后，需要依據(jù)材料的斷裂韌性對(duì)剛度進(jìn)行退化，如下圖所示。
上述表格中的數(shù)據(jù)即為材料不同方向拉壓開裂時(shí)的斷裂韌性，在Hashin漸進(jìn)失效模型中，四個(gè)斷裂韌性的數(shù)值分別用于求解四個(gè)失效位移值，如下圖所示。
以纖維方向拉斷為例，Gft為纖維方向拉斷對(duì)應(yīng)的斷裂韌性，XT為單向板0°方向的拉伸強(qiáng)度，根據(jù)這兩項(xiàng)就可以推出其失效位移為：
一般的，對(duì)于基體的斷裂韌性我們可以通過(guò)雙懸臂梁實(shí)驗(yàn)（DCB實(shí)驗(yàn)，參見標(biāo)準(zhǔn)ASTM5528）來(lái)測(cè)得I型斷裂韌性。或者通過(guò)ENF試驗(yàn)來(lái)測(cè)得II型斷裂韌性。
DCB實(shí)驗(yàn)示意圖
ENF實(shí)驗(yàn)示意圖
目前在文獻(xiàn)或者試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中看到的都是針對(duì)基體或者界面的測(cè)試方法，很少有人去測(cè)試垂直纖維方向斷裂時(shí)的斷裂韌性。
本文將簡(jiǎn)單介紹一下沿纖維方向斷裂時(shí)的斷裂韌性測(cè)試方法，文獻(xiàn)中能夠查找到的大多都是基于CT和CC試樣，下圖所示是拉伸斷裂時(shí)的斷裂韌性測(cè)試方法及建議的試件尺寸，其參考的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是ASTM E399。
CT試樣示意圖
類似的，當(dāng)測(cè)試壓縮斷裂韌性時(shí)，采用CC試樣，其參考試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是ASTM E1820，如下圖所示。
CC試樣示意圖
纖維方向開裂時(shí)的斷裂韌性一般要遠(yuǎn)大于基體開裂時(shí)的斷裂韌性，例如，文獻(xiàn)中的纖維拉伸斷裂韌性大約在50-150N/mm之間，而基體斷裂韌性大約在0.2-1.5N/mm之間，相差可以達(dá)百倍。
上述實(shí)驗(yàn)在實(shí)際操作過(guò)程中是很容易失敗的，因?yàn)榛w強(qiáng)度很低，即使按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)建議的尺寸加工試件，在測(cè)試時(shí)，有可能會(huì)出現(xiàn)裂紋90°拐折，導(dǎo)致測(cè)不出纖維拉斷或壓斷時(shí)的斷裂韌性，因此對(duì)試件的加工要求很高，感興趣的可以嘗試一下，國(guó)內(nèi)測(cè)試這類數(shù)據(jù)的還是很少的。
展開 雖然斷裂韌性值大大方便了每種鋼的選擇，然而這些參數(shù)很難適用于所有鋼材。
主要原因有：
第一，因?yàn)樵阡摰囊睙挄r(shí)需加入一定數(shù)量的某種或多種合金元素，成材后再經(jīng)簡(jiǎn)單熱處理便可獲得不同的顯微組織，從而改變了鋼的原有性能；
第二，因?yàn)闊掍摵蜐沧⑦^(guò)程中產(chǎn)生的缺陷，特別是集中缺陷（如氣孔、夾雜等）在軋制時(shí)極其敏感，并且在同一化學(xué)成分鋼的不同爐次之間，甚至在同一鋼坯的不同部位發(fā)生不同的改變，從而影響鋼材的質(zhì)量。
由于鋼材韌性主要取決于顯微結(jié)構(gòu)和缺陷的分散（嚴(yán)防集中缺陷）度，而不是化學(xué)成分。所以，經(jīng)熱處理后韌性會(huì)發(fā)生很大變化。要深入探究鋼材性能及其斷裂原因，還需掌握物理冶金學(xué)和顯微組織與鋼材韌性的關(guān)系。
1.鐵素體-珠光體鋼斷裂
鐵素體-珠光體鋼占鋼總產(chǎn)量的絕大多數(shù)。它們通常是含碳量在0.05%～0.20%之間的鐵-碳和為提高屈服強(qiáng)度及韌性而加入的其它少量合金元素的合金。
鐵素體-珠光體的顯微組織由BBC鐵（鐵素體）、0.01%C、可溶合金和Fe3C組成。在碳含量很低的碳鋼中，滲碳體顆粒（碳化物）停留在鐵素體晶粒邊界和晶粒之中。但當(dāng)碳含量高于0.02%時(shí)，絕大多數(shù)的Fe3C形成具有某些鐵素體的片狀結(jié)構(gòu)，而稱為珠光體，同時(shí)趨向于作為“晶粒”和球結(jié)（晶界析出物）分散在鐵素體基體中。含碳量在0.10%～0.20%的低碳鋼顯微組織中，珠光體含量占10%～25%。
盡管珠光體顆粒很堅(jiān)硬，但卻能非常廣泛地分散在鐵素體基體上，并且圍繞鐵素體輕松地變形。通常，鐵素體的晶粒尺寸會(huì)隨著珠光體含量的增加而減小。因?yàn)橹楣怏w球結(jié)的形成和轉(zhuǎn)化會(huì)妨礙鐵素體晶粒長(zhǎng)大。因此，珠光體會(huì)通過(guò)升高d-1/2（d為晶粒平均直徑）而間接升高拉伸屈服應(yīng)力δy。
從斷裂分析的觀點(diǎn)看，在低碳鋼中有兩種含碳量范圍的鋼，其性能令人關(guān)注。
展開 這些材料在應(yīng)用過(guò)程中，其斷裂韌性是一個(gè)非常重要的力學(xué)參數(shù)。通常情況下，材料的斷裂韌性被認(rèn)為是一個(gè)材料常數(shù)。它不依賴于材料的幾何形狀和加載方式。
圖1：軟材料的180°剝離實(shí)驗(yàn)
近日，哈佛大學(xué)鎖志剛院士課題組關(guān)于軟材料斷裂韌性的研究有了新的發(fā)現(xiàn)。研究人員以彈性體為模型材料，使用180°剝離實(shí)驗(yàn)測(cè)量軟材料的斷裂韌性（圖1）。在未變形狀態(tài)下，彈性體的長(zhǎng)度為L(zhǎng)、厚度為H、寬度為B。在固化過(guò)程中，使用低粘性的薄膜在彈性體中引入一個(gè)長(zhǎng)度為C的預(yù)制裂紋（圖1a）。將可彎曲但不可拉伸的背膜粘在試件的上下兩面。試件通過(guò)拉伸機(jī)進(jìn)行加載(圖1b)。在加載過(guò)程中，兩個(gè)加載臂在豎直方向呈一條直線。載荷傳感器記錄剝離力F(圖1c)。剝離力從零開始逐漸增加。這對(duì)應(yīng)著裂紋尖端的鈍化過(guò)程。當(dāng)裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展時(shí)，剝離力穩(wěn)定在一個(gè)平臺(tái)，記作Fss。材料的韌性通過(guò)Γ=2Fss/B 計(jì)算得到。當(dāng)B/H比較大時(shí)，彈性體的裂紋尖端在剝離過(guò)程中處于平面應(yīng)變狀態(tài) (圖1d)。當(dāng)B/H比較小時(shí)，彈性體的裂紋尖端在剝離過(guò)程中處于平面應(yīng)力狀態(tài) (圖1e)。
研究人員首先固定樣品的厚度H，測(cè)量不同寬度B的樣品的剝離韌性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。可以看到，當(dāng)試件的寬度B比較小時(shí)，材料的斷裂韌性隨寬度B增加而增加。當(dāng)試件的寬度B比較大時(shí)，材料的斷裂韌性隨寬度B增加保持不變。寬度大的試件測(cè)得的材料韌性比寬度小試件測(cè)得的材料韌性高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。
圖2：斷裂韌性隨試件寬度B變化
材料的斷裂韌性隨寬度增加這一現(xiàn)象可以作如下解釋。考慮斷裂過(guò)程區(qū)中的一個(gè)物質(zhì)點(diǎn)。這一點(diǎn)的應(yīng)力在試件的加載方向上不為零。
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裂紋擴(kuò)展是指材料在外界因素作用下裂紋萌生、生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。對(duì)于不考慮奇異性的裂紋擴(kuò)展分析，需要定義準(zhǔn)則來(lái)確定裂紋萌生的初始位置。新版本中使用SMART（分離、變形、自適應(yīng)和重劃分網(wǎng)格技術(shù)）分析裂紋擴(kuò)展時(shí)增加了最大主應(yīng)力準(zhǔn)則去評(píng)估裂紋萌生的時(shí)間和位置。當(dāng)滿足該準(zhǔn)則時(shí)，裂紋自動(dòng)以橢圓的形狀（目前只支持橢圓裂紋）和適當(dāng)?shù)某叽绮迦氲蕉x的裂紋區(qū)域，然后程序進(jìn)行下一步的裂紋擴(kuò)展計(jì)算。
以一個(gè)簡(jiǎn)單的
本期是ANSYS Mechanical 2022 功能更新之單元、接觸、斷裂力學(xué)、并行計(jì)算。
文末領(lǐng)取學(xué)習(xí)資料
下面我們看看具體的更新內(nèi)容：
一、單元部分
增強(qiáng)單元性能加強(qiáng)
面增強(qiáng)單元的彎曲剛度
使用單軸剛度單元進(jìn)行反向求解
耦合單元的增強(qiáng)
運(yùn)動(dòng)副單元增強(qiáng)
二、接觸部分
以凝膠和彈性體為代表的軟材料經(jīng)常以薄膜的形式應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。典型的例子包括粘結(jié)層、涂層、離電器件、軟體機(jī)器人、細(xì)胞培養(yǎng)支架以及柔性顯示等。這些材料在應(yīng)用過(guò)程中，其斷裂韌性是一個(gè)非常重要的力學(xué)參數(shù)。通常情況下，材料的斷裂韌性被認(rèn)為是一個(gè)材料常數(shù)。它不依賴于材料的幾何形狀和加載方式。
斷裂韌性的測(cè)試原理和方法（pdf格式）
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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。ANSYS默認(rèn)的算法為求解方程的隱式算法，其結(jié)果更加準(zhǔn)確，但是其不能計(jì)算斷裂等效果
Abaqus中韌性金屬失效分析需要定義c點(diǎn)的損傷初始化準(zhǔn)則，以及cd段的損傷演化（損傷后材料剛度退化路徑）。材料軟化后可持續(xù)承載，直到達(dá)到d點(diǎn)，材料失效，失去承載能力。
圖1-韌性金屬的全載荷區(qū)間應(yīng)力-應(yīng)變曲線
圖2-韌性金屬的損傷準(zhǔn)則
ABAQUS為韌性金屬提供不同的損傷初始化準(zhǔn)則，大致分為兩種類型：
金屬裂紋的損傷初始化準(zhǔn)則，包括韌性準(zhǔn)則
01 本文暫只涉及2-D斷裂模型，所用單元為PLANE183。
02 裂紋用線表示，裂紋尖端的應(yīng)力梯度很大，此處的單元不僅僅要細(xì)化，而且要使用奇異單元
例一（位移外插法求應(yīng)力強(qiáng)度因子）
問(wèn)題描述:平面應(yīng)變板中間有一個(gè)橢圓孔，且孔的長(zhǎng)軸方向存在裂紋，如圖:
有限元模型：
FINISH$/CLEAR
!units mm-kg-N
/PREP7
