緊湊拉伸的案例
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 【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 力學趣談：斷裂力學是破解結構低應力破壞的金鑰匙（轉載自正脈CAE技術平臺）
測量I型臨界斷裂強度因子KIC的試驗方法有三點彎曲試驗和緊湊拉伸試驗兩種。圖5是三點彎曲試驗，圖6是緊湊拉伸試驗。
圖5 三點彎曲試驗
在三點彎曲試驗中，斷裂參量：
其中P是斷裂載荷，y1是試樣的幾何形狀因子，對于簡單幾何形狀與載荷形式的試驗件，有關斷裂力學書上附有表格，可供查詢。其他參數請見圖5。
圖6 緊湊拉伸試驗
在緊湊拉伸試驗中，有：
其中：y2是試樣幾何形狀因子，對于簡單幾何形狀與載荷的試驗件，書上附有表格可查。P是斷裂載荷。t是試樣厚度。
七. 裂紋擴展與損傷安全設計
根據線彈性斷裂力學理論，只要存在裂紋，裂尖應力值都是無窮大，任何有限外力作用下，材料都會破壞。這當然與人們的直觀有矛盾，也是線彈性斷裂力學受人詬病的最大問題。對于絕大多數材料，情況并非如此。當裂紋長度達到一定長度（臨界裂紋長度）時裂紋才失穩擴展，從而導致材料（或構件）最終破壞。
本文第一節提到，“彗星號”客機，經過多次起降，座艙內壓反復作用促使窗口尖角啟發裂紋，然后繼續擴展，當它到達臨界長度時，飛機突然失事。所以，從裂紋出現到裂紋失穩破壞，有一個時間過程。這里，我們來簡單談談疲勞與斷裂的關系。
疲勞與斷裂是一條藤上的兩個“大瓜”。材料或構件因疲勞而萌生裂紋，在后續疲勞載荷作用下，裂紋呈緩慢狀擴展，直到它達到其臨界長度，突然失穩擴展，便會導致材料破壞。裂紋長度a隨疲勞周次的增長率和疲勞載荷之間關系如下：
其中，E是楊氏模量，σysc是材料屈服應力，ΔK是疲勞載荷范圍（即最大應力強度因子與最小應力強度因子之間的幅值）。ΔK與裂紋長度a有關， a越大ΔK越大。可見，當裂紋很小時，ΔK也較小，裂紋擴展緩慢。當a達到臨界值時，材料才會破壞（如圖7所示）。
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2.操作視頻
有限元軟件iSolver介紹
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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
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3.案例及獎勵
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【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
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【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
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4.下載地址
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（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
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展開 ANSYS 斷裂力學新功能之SMART自適應裂紋萌生分析
以一個簡單的demo來描述SMART自適應裂紋萌生分析的計算步驟:
1、創建分析模型
如圖示緊湊拉伸試樣，一端固定，上下圓孔給定100N拉力，預測產生I形裂紋，最大主應力位置在開口前沿。
圖1 計算模型
2、建立裂紋產生區域節點組件
圖示模型中選擇最大主應力前沿一排節點作為裂紋產生區域的節點組件，并命名為CrkInitZone。
圖2 裂紋產生區域節點組件
3、對模型進行初步分析，最大主應力為61.5MPA，設定產生裂紋的臨界主應力為60MPA
圖3 沒有裂紋時分析，最大主應力云圖
4、在分析中插入如下命令流，定義裂紋產生準則和裂紋擴展計算選項
!! 定義最大主應力作為裂紋萌生準則，注意單位制
TB,CR KI,1（此處去掉“R”和“K”間的空格）
TBDATA,1,60
!! TB,CR KI,MAT_ID,NTEMP,NPTS（此處去掉“R”和“K”間的空格）
!! TBDATA,1,Par1
!!其中Par1是臨界最大主應力值;CR KI,自適應裂紋萌生準則;MAT_ID材料編號（此處去掉“R”和“K”間的空格）
!! 通過ADPCI（adaptive crack initiation）在裂紋產生區域節點組件自動生成橢圓裂紋
ADPCI,DEFINE,1,CrkInitZone,1,ELLIPSE
!! ADPCI,DEFINE,CIID,CompName,MAT_ID,CRACKGEOM
!!其中CIID是ADPCI編號。“CompName”為裂紋產生區域節點組件名稱。MAT_ID將臨界值(通過TB、CR KI定義)與裂紋萌生數據記錄連接起來。CRACKGEOM表征裂紋幾何信息。
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【iSolver案例分享36】人工脊柱受壓分析
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