標準緊湊拉伸試樣的案例
【iSolver案例分享2】標準緊湊拉伸(CT)試樣的彈塑性分析
Solver案例分享：標準緊湊拉伸(CT)試樣的彈塑性分析
引言：結構有限元軟件iSolver已發展到一定階段，現采用結構有限元軟件iSolver進行結構分析，iSolver可使用Abaqus作為前后處理工具，本文以標準緊湊拉伸(CT)試樣的彈塑性分析為例，將iSolver求解器和Abaqus計算結果進行對比，比對兩種有限元軟件的計算結果。
斷裂試驗試樣是指帶有預制裂紋的用以測定材料斷裂韌性的試樣。試樣形式、幾何尺寸、各部分比例、裂紋預制方法與尺寸等在相應的測試標準中都有規定。
常用的斷裂試樣有：(1)三點彎曲（TPB)試樣；（2)緊湊拉伸(CT)試樣；（3)中心裂紋板(CCP)試樣；（4)單邊裂紋板(SECP)試樣；（5）雙邊裂紋板(DECP)試祥；(6)拱形試樣。
圖1 CT試樣
緊湊拉伸試件（CT）是與一種根據ASTM和ISO標準制造的缺口試樣。CT試樣廣泛用于斷裂力學和腐蝕測試領域，以獲取材料的斷裂韌性和疲勞裂紋擴展數據。
圖2 CT試樣示意圖
通過使用疲勞試驗機，在樣品孔中的銷釘施加周期性載荷來產生疲勞裂紋。疲勞裂紋將從缺口處開始，逐漸延伸到整個樣品。通常通過測量隨裂紋擴展而變化的試樣的順應性來監測裂紋的長度，也可以通過使用光學顯微鏡直接測量以測量裂紋尖端的位置來監測裂紋的長度，或者根據裂紋口張開或引伸計讀數間接監測裂紋的長度。對于軋制材料，缺口應與材料最薄弱的軋制方向對齊。這將確保所獲得的所有結果都是保守的。
問題描述：
下面以一個CT試樣為例，對其進行彈塑性分析，計算其應力分布及位移分布。
展開 改進型緊湊拉伸試樣疲勞裂紋擴展分析-ANSYS Workbench ￥3
研究的主要目標是展示裂紋擴展路徑的數值模型，并研究孔洞對改進型緊湊拉伸試樣（MCTS）在恒定振幅載荷條件下疲勞裂紋擴展和疲勞壽命的影響。研究使用了ANSYS Mechanical (Workbench)軟件，利用ANSYS中的智能裂紋擴展技術來準確預測裂紋擴展路徑和相關的疲勞壽命。巴黎定律模型被用來評估不同配置的MCTS在線性彈性斷裂力學（LEFM）假設下的混合模式疲勞壽命。這種方法涉及準確評估應力強度因子（SIFs）、裂紋擴展路徑，并通過增量裂紋擴展分析進行疲勞壽命評估。疲勞裂紋擴展結果表明，疲勞裂紋總是被孔洞吸引，因此它要么只能彎曲其路徑并向孔洞擴展，要么只能在孔洞丟失后從孔洞處漂浮并進一步擴展。在混合模式載荷條件下的裂紋擴展軌跡方面，本研究的結果與文獻中發表的幾項裂紋擴展實驗結果相似，這些實驗觀察到了類似的結果。
3. : Setup
拖動Static Structural Analysis 到 ANSYS Workbench中:
4. : Engineering Data (Material Model)
o 選擇的材料為"SAE 1020 Carbon Steel".
展開 改進的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴展分析 - ANSYS Workbench ￥3
改進的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴展分析 - ANSYS Workbench
本教程包括改進的緊湊拉伸試樣的逐步疲勞裂紋分析。
步驟 1：概述
這項工作的主要目的是提出混合模式載荷下線性彈性材料中裂紋擴展路徑的數值模型，以及研究在恒定幅值載荷條件下改進的緊湊拉伸試樣中孔洞的存在對疲勞裂紋擴展和疲勞壽命的影響。
ANSYS Mechanical（工作臺）利用 ANSYS 中的一項新功能即智能裂紋擴展技術，準確預測恒定幅值載荷條件下的裂紋擴展路徑和相關的疲勞壽命。
在線彈性斷裂力學 (LEFM) 假設下，采用巴黎定律模型評估具有不同 MCTS 配置的改進緊湊拉伸試樣 (MCTS) 的混合模式疲勞壽命。該方法涉及通過增量裂紋擴展分析準確評估應力強度因子 (SIF)、裂紋擴展路徑和疲勞壽命評估。
疲勞裂紋擴展結果表明，疲勞裂紋始終被孔吸引，因此要么它只能彎曲路徑并向孔擴展，要么它只能從孔中浮出并在孔消失后進一步擴展。就混合型載荷條件下裂紋擴展的軌跡而言，本研究的結果與文獻中發表的幾項裂紋擴展實驗的結果相一致，這些實驗顯示了類似的觀察結果。
本教程主要基于 Abdulnaser M. Alshoaibi 和 Yahya Ali Fageehi 的論文“線性彈性材料疲勞裂紋擴展路徑的數值分析和壽命預測”。
第 2 步：設置
在 ANSYS Workbench 主菜單上拖放靜態結構分析：
步驟3：工程數據（材料模型）
本教程選定的材料是“SAE 1020 碳鋼”。
材料模型由各向同性彈性、拉伸屈服強度、拉伸極限強度和巴黎定律參數（C 和 m）組成。
展開 【資源分享】ASTM D638標準 5種拉伸試樣的3D幾何模型 ￥9.9
<p>ASTM D638是由美國材料協會發布的金屬及塑膠材料拉伸測試標準。</p><p><br></p><p>為方便大家使用，筆者提供<span style="color: rgb(47, 48, 52);">ASTM D638標準 5種拉伸試樣的3D幾何模型，分享給大家，不用自己再畫啦，見附件。
XM-12 不銹鋼試樣高溫拉伸試驗解析
XM-12 材料鍛造過程中的真實應力-應變曲線可以為鍛造工藝編制提供有效的數據支持，然而高溫檢測過程中，試樣有效加熱部分隨試樣延長率變化而變化，且拉伸過程以頸縮變形為主，為真實應力-應變曲線的測試帶來很大難度，且通過伸長率計算的應力-應變曲線與實際存在較大的偏離。因此，真實應力-應變曲線的準確修正在XM-12 不銹鋼鍛造工藝優化過程中非常重要。
XM-12 銅沉淀硬化型馬氏體不銹鋼，廣泛應用于石油開采機械制造，執行ASTM A705-2017《Standard Specification for Age-Harding Stainless Forging》標準(含)。通過合金元素Cr、Ni、Cu、Nb 等合金元素的加入，XM-12 不銹鋼擁有良好的耐腐蝕性和良好的機械性能，低溫斷裂韌度非常好，其化學成分要求如表1 所示。
表1 XM-12 化學成分要求(wt%)
XM-12 不銹鋼材料，因其合金含量較高，鍛造過程中存在熱態變形抗力大，鍛造溫度區間窄，表面易開裂等特點。因此材料在高溫過程中的真實應力-應變曲線的測試在其鍛造工藝優化過程中非常重要。
XM-12 材料高溫拉伸試驗檢測溫度范圍：900 ～1200℃。普通的試驗機無法滿足，因此此次試驗選擇Gleeble-3500 熱模擬試驗機進行光滑圓棒試樣的拉伸試驗。拉伸試樣圖如圖1 所示。
圖1 拉伸試樣尺寸
高溫拉伸測試
本文以1050℃拉伸結果為分析對象，對檢測數據進行修正分析，試樣實測直徑
φ9.98mm。
試驗時，先將試樣以10℃/s 的加熱速度加熱至1180℃，保溫120s；以5℃/s 的冷卻速度將試樣降溫至1050℃，以3mm/s 的速度進行拉伸試驗。為確保試樣拉斷，夾塊位移選擇15mm(試樣有效加熱區20mm)。
展開 室溫下金屬圓棒試樣高應變速率拉伸試驗影響因素分析
圖2 1s?1應變速率下鑄鋁及鑄鐵的應力-應變曲線
2.4 應變測試方法對高速拉伸試驗的影響
分別使用一臺相機和兩臺相機對鑄鐵及鑄鋁的拉伸試驗進行應變測試，見圖3和圖4。可見每個試樣的應變和力曲線對應的時間軸完全同步。
圖3 一臺相機下鑄鋁和鑄鐵的應變-時間和力-時間曲線
無論鑄鐵還是鑄鋁，在使用一臺相機測試時均會出現，對應引伸計兩點之間的應變，在力還未達到最大值或最終斷裂時已捕捉不到散斑，而應變提前終止的情況，即力-時間曲線上力降為0的時間大于應變-時間曲線上應變率最大的時間，也就是 T > t。而兩臺相機的應變測試能很好地跟蹤試樣，指導力下降過零點，即T<t。
圖4 兩臺相機下鑄鋁和鑄鐵的應變-時間和力-時間曲線
分析認為，一臺相機捕捉的是二維平面上的散斑、而兩臺相機捕捉的是三維空間的散斑。圓棒試樣在快速拉伸時，散斑在三維空間變化，一臺相機就會因焦距變化，丟失散斑像素，從而拍不到原點變化，兩臺相機可在立體空間始終捕獲散斑，直至試樣拉斷。
2.5 試樣標距對高速拉伸試驗的影響
高速拉伸試驗對試樣尺寸和加工質量敏感，所以此次試驗借鑒疲勞試驗采用短標距試樣，即標距 L?＝10 mm；另外根據金屬板材高速拉伸標準，選取 L?＝20 mm 的試樣考察不同標距長度對鑄鐵力學性能的影響。通常隨著標距的增加，高速拉伸試驗機的設定位移速度也成比例增加，為了避免由于位移速度增加導致應力波在試樣-夾具剛性連接處反射/透射而引起曲線振蕩，所測試樣螺紋末端與夾具螺紋末端均保留 2 mm 間隙，試驗應變速率取 100 s?1。
高速拉伸試驗采用的應力測試方法通常有兩種，即設備自帶的壓電式力傳感器和在夾具或試樣上貼的應變片。
展開 【iSolver案例分享63】國標規定拉伸試樣的非線性瞬態分析
本文以兩種國標規定拉伸試樣的非線性瞬態分析為例，演示iSolver的分析流程，并將iSolver和Abaqus計算結果進行對比。
2.模型背景：
此案例為國標規定拉伸試樣的非線性瞬態分析。對于不同材料，如果想測定其應力應變曲線，需要對其根據GB 6397進行制樣，用于之后的拉伸試驗，之后根據測得的數據，經過處理再繪制材料的應力應變曲線。GB 6397規定了七種不同形式的拉伸試樣，為了測試iSolver在非線性方面的處理精度，選取了棒材試樣和板材試樣兩種常用試樣，分析其在塑性變形的情況下，軟件應力、應變、塑性應變等關鍵參數與主流有限元軟件的吻合度。該結構選用的單位制為SI(mm)制，結構材料為Q235B，其彈性模量為210e3MPa，泊松比為0.33，密度為7.85e-9tonne/mm3。采用全實體四面體網格進行劃分。
展開 基于Abaqus的隨機纖維增強復合材料拉伸試樣建模插件2.0
三、插件界面及參數介紹
插件界面
本插件的參數主要分為兩大部分，拉伸試樣的尺寸，以及纖維的尺寸。拉伸試樣的尺寸中主要定義了長度方向上的三個尺寸，寬度方向上的兩個尺寸及厚度方向上一個尺寸；纖維尺寸中，定義了纖維長度、纖維直徑纖維的體積分數，以及用于控制腳本收斂的迭代次數。
四、插件的測試效果
測試1：
本次測試標準拉伸試樣，纖維長度5，直徑1，體積分數0.1；生成結果如下：
整體模型
纖維模型
該參數下，該插件生成該模型共用時6min，經歷了20次迭代，生成的模型中纖維體積471.26mm3，模型總體積4800.46mm3，纖維占比0.0982，與設計值0.1的誤差值僅1.8%。誤差極小，用時高效。
測試2：
測試不同的拉伸試樣尺寸，纖維長度5，纖維直徑1，纖維體積含量5%，生成結果如下：
整體模型
纖維模型
由于該模型生成的纖維數量較少，所以該模型共計用時20s，迭代7次。生成的纖維體積66.24mm3,模型總體積1401.1mm3，纖維體積占比4.72%，與設計5%之間誤差僅5.4%。
如有需要,歡迎通過公眾號聯系我們.
公眾號:320科技工作室
展開 基于Abaqus的隨機纖維增強復合材料拉伸試樣建模插件
二、 模型
此插件目的在于生成拉伸試樣模型，拉伸試樣模型尺寸如下圖所示，符合JIS K7162-1994：塑料－拉伸特性的試驗方法，JIS K7139-2007：塑料－多用途的試樣、ISO527-2塑料-拉伸性能測定標準
插件生成模型長為170
三、 插件啟動方式
四、 啟動隨機纖維增強復合材料拉伸試樣建模插件，啟動后界面如圖所示
用戶可定義：纖維長度、纖維直徑、纖維體積含量（小數形式）
確認生成之前將Abaqus選至裝配模塊可大大加快生成速度
五、 生成效果
插件可直接生成裝配完成的模型
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展開 【iSolver案例分享70】標準規定帶預制裂紋的三點彎曲試樣的靜力學分析
本文以兩種國標規定拉伸試樣的非線性瞬態分析為例，演示iSolver的分析流程，并將iSolver和Abaqus計算結果進行對比。
2.模型背景：
此案例為冶金工業部標準規定的三點彎曲試樣的非線性瞬態分析。對于不同材料，如果想測定其彎曲力學性能，需要對其根據YB/T 5349-2006進行制樣，用于之后的三點彎曲試驗，之后根據測得的數據，通過公式計算彎曲彈性模量、抗彎強度、斷裂撓度等結果。YB/T 5349-2006規定了圓形橫截面、矩形橫截面、薄板三種不同形式的三點彎曲試樣。
為了測量和驗證金屬材料的彎曲強度與斷裂韌性之間的關系，需要制作包含初始裂紋的三點彎曲試樣。選取矩形橫截面試樣在isolver中建模，分析其在塑性變形的情況下，軟件應力、應變、塑性應變等關鍵參數與主流有限元軟件的吻合度。該結構選用的單位制為SI(mm)制，結構材料為Q235B，其彈性模量為210e3MPa，泊松比為0.33，密度為7.85e-9tonne/mm3。采用全實體四面體網格進行劃分。
3.建模：
進入isolver軟件前處理界面：
首先創建part，點擊part，之后點擊create，建立一個名字為3bp的part。
再來建立點，點擊node，之后點擊create，出現如下所示頁面。
依次以輸入節點坐標、點擊apply的循環方式完成(0,0,0)、(10,0,0)、(10,2,0)、(0,2,0)、(5,1.8,0)、(4.9,2,0)、(5.1,2,0)節點的建立，建立之后的頁面如下：
接下來需要把點連接成閉合線，點擊element，之后點擊polyline，出現多段線建立頁面，依次點擊節點建立多段線。
展開 基于ABAQUS的標準試件單向拉伸斷裂仿真（本教程已出視頻，請大家直接到我的主頁購買視頻） ￥10
本帖詳細闡述標準試件在準靜態拉伸工況下變形斷裂的建模方法，輸出拉伸力-位移曲線，以便與測試結果進行對標。
以下為仿真結果與輸出的力-位移曲線：
iSolver-國產自主結構有限元CAE軟件（對標Nastran、Ansys和Abaqus） ￥10
email: SnowWave02@qq.com
2.操作視頻
有限元軟件iSolver介紹
https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12884
用戶子程序UMat詳解與開發工具
https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c13034
用戶子程序UEL Step By Step操作
https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c14948
3.案例及獎勵
iSolver在技術鄰上發布的案例已超過70個以上，下面是前10個案例，更多案例請搜索技術鄰“iSolver案例”
【iSolver案例分享】標準緊湊拉伸(CT)試樣的彈塑性分析
【iSolver案例分享】理想彈塑性簡支梁三點彎曲
【iSolver案例分享】橋梁的模態分析案例
【iSolver案例分享】鋼混組合梁支梁三點彎曲
【iSolver案例分享】龍門架模態分析案例
【iSolver案例分享】桁架的躍越失穩
【iSolver案例分享】內壓罐分析案例
【iSolver案例分享】上承式公路拱橋
【iSolver案例分享】三角桁架結構分析
【iSolver案例】單自由度振動隱式動力學
如你使用了iSolver軟件并愿意將你的模型計算和商軟對比結果寫成案例發在技術鄰上，可領取下方的懸賞（如已被其他人領取，我們可另開一個懸賞）：
https://www.yqgqt.org.cn/requirement/info/7042
4.下載地址
iSolver分兩個版本
（1）完整版本：包括全自主前后處理和求解器。
展開 【iSolver案例分享37】Spudcan的材料性質檢測
以往iSolver案例
第 1 篇： 橋梁的模態分析案例
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1308235
第2篇：標準緊湊拉伸(CT)試樣的彈塑性分析
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1311068
第3篇：理想彈塑性簡支梁三點彎曲
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1312567
第 4 篇： 鋼混 組合梁支梁三點 彎曲
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第 5 篇： 龍門架模態分析案例
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1787486
第 6 篇： 桁架 的躍越失穩
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1788519
第 7 篇： 內壓 罐分析 案例
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1789593
第 8 篇： 三角桁架結構分析
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1793131
第 9 篇： 上承式公路拱橋
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1791578
第 10 篇： 單自由度振動隱式動力學
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1796589
第 11 篇： 電連接器端子變形分析
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1802796
第 12 篇： 無鉸拱的幾何非線性分析
https://www.yqgqt.org.cn
展開 【iSolver案例分享54】軌道客車車體模態分析
以往iSolver案例
第 1 篇：橋梁的模態分析案例
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第2篇：標準緊湊拉伸(CT)試樣的彈塑性分析
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第3篇：理想彈塑性簡支梁三點彎曲
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第 4 篇：鋼混組合梁支梁三點彎曲
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第 5 篇：龍門架模態分析案例
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第 6 篇：桁架的躍越失穩
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第 7 篇：內壓罐分析案例
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第 8 篇：三角桁架結構分析
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1793131
第 9 篇：上承式公路拱橋
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第 10 篇：單自由度振動隱式動力學
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第 11 篇：電連接器端子變形分析
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1802796
第 12 篇： 無鉸拱的幾何非線性分析
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展開 【iSolver案例分享56】指示牌模態及響應譜分析
以往iSolver案例
第 1 篇：橋梁的模態分析案例
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第2篇：標準緊湊拉伸(CT)試樣的彈塑性分析
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第3篇：理想彈塑性簡支梁三點彎曲
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第 4 篇：鋼混組合梁支梁三點彎曲
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第 5 篇：龍門架模態分析案例
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第 6 篇：桁架的躍越失穩
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第 7 篇：內壓罐分析案例
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第 8 篇：三角桁架結構分析
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第 9 篇：上承式公路拱橋
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第 10 篇：單自由度振動隱式動力學
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第 11 篇：電連接器端子變形分析
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