ansys斷裂破壞分析
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
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問題引出
我們知道，ABAQUS中經常用于模擬裂紋擴展或斷裂行為的是Cohesive單元，Cohesive單元可理解為一種準二維單內聚單元，可以將它看作被一個厚度隔開的兩個面，這兩個面分別和其他實體單元連接。這種單元在很多行業中的結構關于損傷仿真研究方面經常用到。為此，本文通過建立金屬板的膠合模型，用cohesive單元模擬結構的損傷演化。
2. 模型說明
兩塊金屬板用膠結合在一起，在法向拉力作用作用下將兩塊板分開，分析在對金屬板加載過程中膠層的應力應力及失效過程。金屬板層尺寸為10×10×1mm，膠層厚度為0.1mm，有限元模型如圖1所示，左右兩層體單元為金屬，中間一層為厚度為0的Cohesive單元，此次仿真用的單位制系統是mm、N、MPa。
圖1金屬板膠接模型
3有限元分析
利用ABAQUS進行本次Cohesive單元損傷演化分析步驟如圖2所示，主要包括：創建部件及劃分網格、創建材料并給部件賦予材料屬性、裝配、創建參考點和剛體約束、創建分析步、設置輸出變量、創建邊界條件及施加位移載荷、創建分析作業并提交分析、可視化處理，其中在兩個仿真環節中會設計到cohesive單元的設置及后處理操作，因此，本文著重分析這兩個方面的內容。在創建材料賦予材料屬性這里，軟件中是通過單擊工具箱中assign section，單擊sets按鈕，在region assignment對話框中選擇Sect-cohesive，單擊ok完成，具體操作界面見圖3所示，其他部件操作依次類推。此外在最后的可視化處理操作在后續介紹。
圖2分析步驟
圖3 region section界面設置
3可視化后處理操作
具體在ABAQUS中的操作見附件cae格式文件，最終的結果如下各圖所示。
展開 /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$/CLEAR
!
9) 材料構型力:材料力主要用于分析材料的缺陷，如位錯，空隙，界面和裂紋等。材料力也成為構型力，可以考慮夾雜物中的彈性固體（基體材料）。
對于線性或非線性彈性材料中，材料力矢量與裂紋面相切的分量代表了裂紋尖端的能量釋放率。此外，裂紋擴展方向，非均勻性，缺陷和失配網格也可以使用材料力進行表征。在彈塑性力學問題中，材料力矢量與裂紋面相切（平行）分量代表了裂紋擴展驅動力（J積分）。材料力的計算不考慮作用在裂紋表面的載荷。
10) C*積分:對于高溫蠕變裂紋擴展的研究，目前廣泛采用的控制參量之一是穩態蠕變C*積分。
正如各向同性彈性材料中的J積分一樣，C*積分表征了各向同性材料經歷蠕變變形第二階段的裂紋特征。C*積分的表達式如下：
在彈塑性階段，用以描述裂紋尖端區域應力、應變場強度的主要是，積分，因此，積分也就成為了彈塑性斷裂的基本準則。但材料蠕變條件下，J積分不再適用，此時能有效地反映裂紋尖端的應力應變場的是蠕變斷裂參量C*。
來源：本文來自CAE技術聯盟公眾號，版權歸作者所有。
展開 分別定義裂紋生成計算編號，斷裂參數，計算積分圍線，裂紋萌生的ADPCI編號，裂紋表面組件名稱。裂紋表面組件名稱（crksurf1和crksurf1）自定義，在裂紋萌生和局部網格發生變化時，程序會自動填充節點列表。如果不明確給出裂紋表面的節點組件名稱，程序會自動生成兩個內部節點組件。
CINT,NEW,11
CINT,TYPE,SIFS
CINT,NCON,4
CINT,INIT,1
CINT,SURF,CRKSURF1,CRKSURF2
!! 分別定義裂紋擴展分析編號，對應的擴展裂紋編號，以及使用smart分析方法進行裂紋擴展分析
CGROW,NEW,31
CGROW,CID,11
CGROW,METHO,SMART,REME
!! 該命令為非必須插入項，由于使用smart分析方法會自動在裂紋處加密網格，為減小計算量，設置裂紋擴展網格粗化選項，可能會影響計算精度
CGROW,RMCONT,coarse,aggr
!! 其中CONS – 使用保守的網格粗化 (default)
MODE – 適中網格粗化.
AGGR – 激進的網格粗化策略
5、設定載荷分析子步，建議設定較多的初始載荷子步和最小載荷子步捕捉裂紋擴展過程，本例設定了40個載荷步。
6、提交計算，計算過程中，在求解信息中會出現如圖中是否達到裂紋插入準則信息提示。達到準則之后程序會自動插入橢圓形裂紋和計算插入的橢圓形裂紋坐標位置和長短軸長度，以及輸出使用smart方法計算時重劃分網格的數目信息。
圖4求解過程信息提示
程序在確認橢圓形裂紋坐標位置時，會在每個子步標記所有滿足裂紋萌生條件的節點，并將它們分組到節點云中。節點云的幾何中心是橢圓的中心。
展開 
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裂紋擴展是指材料在外界因素作用下裂紋萌生、生長的動態過程。對于不考慮奇異性的裂紋擴展分析，需要定義準則來確定裂紋萌生的初始位置。新版本中使用SMART（分離、變形、自適應和重劃分網格技術）分析裂紋擴展時增加了最大主應力準則去評估裂紋萌生的時間和位置。當滿足該準則時，裂紋自動以橢圓的形狀（目前只支持橢圓裂紋）和適當的尺寸插入到定義的裂紋區域，然后程序進行下一步的裂紋擴展計算。
以一個簡單的
1. 問題引出
我們知道，ABAQUS中經常用于模擬裂紋擴展或斷裂行為的是Cohesive單元，Cohesive單元可理解為一種準二維單內聚單元，可以將它看作被一個厚度隔開的兩個面，這兩個面分別和其他實體單元連接。這種單元在很多行業中的結構關于損傷仿真研究方面經常用到。為此，本文通過建立金屬板的膠合模型，用cohesive單元模擬結構的損傷演化。
2. 模型說明
兩塊金屬板用膠結合在一起
01 本文暫只涉及2-D斷裂模型，所用單元為PLANE183。
02 裂紋用線表示，裂紋尖端的應力梯度很大，此處的單元不僅僅要細化，而且要使用奇異單元
例一（位移外插法求應力強度因子）
問題描述:平面應變板中間有一個橢圓孔，且孔的長軸方向存在裂紋，如圖:
有限元模型：
FINISH$/CLEAR
!units mm-kg-N
/PREP7
1、線彈性斷裂力學認為，材料和構件在斷裂以前基本上處于彈性范圍內，可以把物體視為帶有裂紋的彈性體。研究裂紋擴展有兩種觀點：
一種是能量平衡的觀點，認為裂紋擴展的動力是構件在裂紋擴展中所釋放出的彈性應變能，它補償了產生新裂紋表面所消耗的能量，如Griffith理論；
一種是應力場強度的觀點，認為裂紋擴展的臨界狀態是裂紋尖端的應力場強度達到材料的臨界值，如Irwin理論。
2、
