ansys模擬裂紋的案例
基于ANSYS裂紋擴展模擬和生命周期預測計算實例（原創，如轉載，請注明出處）
分析類型：斷裂力學
技術難點：斷裂 裂紋擴展 生命周期預測
完成人：技術鄰ANSYS專家
網址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
模擬過程：
裂紋擴展模擬和生命周期預測
ABAQUS裂紋尖端應變、裂紋擴展模擬及問題
前幾天有人問我ABAQUS做焊點分析，我一看他給我的一片文獻，其實是用ABAQUS做裂紋擴展分析。之前也沒接觸過裂紋分析，于是照貓畫虎做了個算例，但是裂紋沒有擴展。
ABAQUS做裂紋有三種方法：contour integral，擴展有限元及VCCT法，這里用了contour integral法。
如圖所示，V形楔形處有一個預制裂紋，是采用Interaction模塊的assign seam設定的，裂紋的擴展面及方向是通過crack來設定的，類型為contour integral。材料模型定義了塑性應力-應變關系，彈性參數、GTN參數、脆性失效參數等。模型上的兩個孔，一個固支、一個勻速拉。預期當裂紋尖端的單元變形達到某一個值時將刪除單元。
您看見了就給個意見唄。
步驟：
建立模型，進行適當的partition
定義材料：分別定義了elastic彈性參數、plastic真實應力-應變關系、GTN模型參數、脆性失效參數（包括一個叫演化參數）。
定義預制裂紋、定義裂紋擴展面、方向，定義失效單元的generation。
邊界條件，提交job，查看結果。
結果：預期模型在塑性變形不是很大時就會產生裂紋擴展，但是模型產生了很大塑性變形后仍然沒有發生失效。
Mises應力場：
x方向正應力場
x方向真實應變場
x方向塑性應變場
裂紋尖端應變的結果還是挺漂亮的，雖然正確性有待考證，如果裂紋出來了就完美了，可惜裂紋沒出來。
展開 Ansys Workbench建立半橢圓裂紋和隨機裂紋 ￥2
基本模型如下，在綠色表面分別建立半橢圓裂紋(Semi-Elliptical Crack)和隨機裂紋(Arbitrary Crack)進行計算：
一、半橢圓裂紋(Semi-Elliptical Crack)
1、建立局部坐標系如下圖，注意x軸指向裂紋深度方向，z軸指向裂紋長度方向：
2、添加半橢圓裂紋
選中Model單擊工具欄Fracture即可添加裂紋功能如下圖：
右擊Fracture->Insert->選擇Semi-Elliptical Crack添加半橢圓裂紋如下圖：
3、半橢圓裂紋參數設置及說明
4、網格設置及劃分
單元階數設置為二階如下圖：
單元形狀設置為四面體如下圖：
右擊選擇Generate All Crack Meshes生成網格如下圖：
5、加載
底面施加固定約束，頂面施加拉力10000N如下圖：
6、查看計算結果
除查看變形、應力等結果外，可以添加Fracture Tool查看裂紋尖端強度因子如下圖：
Fracture Tool選擇Semi-Elliptical Crack如下圖：
應力強度因子結果如下圖：
二、隨機裂紋(Arbitrary Crack)
1、建立裂紋體如下圖中Surface Body：
2、建立局部坐標系如下圖，注意x軸指向裂紋深度方向，z軸指向裂紋長度方向：
3、添加隨機裂紋
隨機裂紋的形狀不固定，這里做成了長方形。
展開 經典案例模擬1-巖石在溫度梯度下的裂紋擴展模擬（結果展示）
本人長期從事ABAQUS軟件仿真模擬，擅長平板焊接（高斯面熱源、高斯體熱源、雙橢球熱源、圓臺柱熱源等），基于子程序的摩擦攪拌焊接，壓力電阻焊接，子程序二次開發（UEXPAN、USDFLD、UHARD、FILM、DISP、DFLUX、CREEP等），基于子程序的相變模擬，裂縫模擬（應力強度因子、J積分等），裂紋擴展（XFEM擴展有限元、cohesive element、cohesive surface、debond），水化熱（基于子程序uexpan、heatval、usdfld等），復合材料固化（基于子程序uexpan、heatval、usdfld等)，粉末燒結模擬（基于子程序），蠕變，彈塑性變形模擬，常規熱力耦合等。
本人只研究ABAQUS一個軟件，因此對軟件認識比較深入，對于ABAQUS軟件數值模擬非常有經驗，目前已經完成有2000+的模擬案例。
如若有技術支持需要，可聯系我QQ 284589695。技術服務會適當收費，希望理解。
展開 
經典模擬案例4-道路在移動載荷下的裂紋擴展模擬（結果展示）
本人長期從事ABAQUS軟件仿真模擬，擅長平板焊接（高斯面熱源、高斯體熱源、雙橢球熱源、圓臺柱熱源等），基于子程序的摩擦攪拌焊接，壓力電阻焊接，子程序二次開發（UEXPAN、USDFLD、UHARD、FILM、DISP、DFLUX、CREEP等），基于子程序的相變模擬，裂縫模擬（應力強度因子、J積分等），裂紋擴展（XFEM擴展有限元、cohesive element、cohesive surface、debond），水化熱（基于子程序uexpan、heatval、usdfld等），復合材料固化（基于子程序uexpan、heatval、usdfld等)，粉末燒結模擬（基于子程序），蠕變，彈塑性變形模擬，常規熱力耦合等。
本人只研究ABAQUS一個軟件，因此對軟件認識比較深入，對于ABAQUS軟件數值模擬非常有經驗，目前已經完成有2000+的模擬案例。
如若有技術支持需要，可聯系我QQ 284589695。
展開 裂紋模擬心得。。
但是斷裂力學與損傷力學兩者的結合問題卻一直沒有得到很好的解決，究其原因在于斷裂力學存在裂紋尖端的應力奇異現象，而用損傷力學的方法研究裂紋尖端的時候，會使得裂紋尖端既要保持應力奇異又要保持材料的弱化，這樣的耦合問題很難得到合理且唯一的解(這一部分可以參考余壽文老師和馮西橋老師的那本損傷力學)。但是有限元方式使得這種耦合機制得到改善，其實Xfem本身就是這兩種力學機制相耦合的產物，xfem中可以預置crack來模擬裂紋尖端的應力奇異，使用材料弱化定義方法實現損傷機理，所以說xfem具有劃時代意義也不為過。
損傷力學可以實現裂紋發展，但是從機理上存在問題，第一點損傷代具有寬度，而斷裂帶沒有。第二點損傷存在網格敏感問題，網格越細，損傷帶越小，與實際不符。第三點，雖然可以利用非局部化模型消除網格敏感，但極其復雜，一般很少采用。第四點，損傷無法真正實現裂紋尖端的應力奇異效應。
展開 ABAQUS二維裂紋擴展模擬詳解
ABAQUS裂紋體的建立
在ABAQUS中，根據裂紋尖端的形狀可以建立兩種類型的裂紋體：尖銳（Sharp）型裂紋和鈍形（Blunt）裂紋，如圖1所示。對于尖銳型裂紋，裂紋尖端存在奇異性；而鈍形裂紋尖端可以看做是一個具有給定缺口半徑的缺口，因此裂紋尖端不存在奇異性，可以按照常規有限元的建模方式來建立。在ABAQUS中，兩種類型的裂紋均可以進行應力強度因子分析。
圖1 尖銳型裂紋和鈍形裂紋
對于兩種類型的裂紋，由于裂紋尖端均存在應力集中，在裂紋尖端將產生非常高的應力梯度，因此劃分裂紋體時通常需要對裂紋尖端的網格進行細化以獲得精確的應力值。需要注意的是，對于尖銳型裂紋，由于裂紋尖端存在奇異性，因此細化裂紋尖端的網格并不能使得裂紋尖端的應力和應變值收斂，減小網格尺寸只會使得裂紋尖端的應力值增大；而對于鈍形裂紋，由于裂紋尖端存在鈍形缺口，因此細化裂紋尖端的網格將最終得到收斂的缺口應力值。
在采用兩種類型的裂紋體計算J積分時，由于J積分的實質是能量釋放率，因此在進行線彈性有限元分析時，采用非常粗糙的網格也能夠獲得精確的J積分值，即使在這種情況下裂紋尖端的局部應力應變場并不是十分精確。而在進行彈塑性斷裂力學分析時，通常需要細化裂紋尖端區域來獲得精確的J積分值。
本文僅考慮尖銳型裂紋的建立，在ABAQUS中尖銳型裂紋通常也被稱為seam裂紋，seam裂紋可以看做是部分或完全插入到模型中的代表裂紋的一條邊線，如圖2所示。seam裂紋通常由單元邊線構成，在這些單元邊線上的節點會自動復制節點，位于這些單元邊線上的單元不會共享節點，從而實現了裂紋面的分離。
圖2 seam裂紋
如圖2中所示，通常裂紋尖端會采用一圈三角形單元進行劃分，在三角形單元的外圍通常還會圍繞多層四邊形單元進行過渡。
展開 航空發動機葉片裂紋擴展規律數值模擬研究
牟園偉等[10] 通過ANSYS 分析了外物損傷葉片的初始裂紋形態對疲勞壽命的影響。馬利麗[11] 通過MSC/ PATRAN 有限元分析軟件對某發動機試車過程中發生裂紋故障的渦輪葉片進行了振動研究。李洪松等[12] 對某型燃氣機的壓氣機葉片進行了有限元模態分析,結合坎貝爾圖得出二階和四階的復合振動是造成葉片斷裂的主要原因。
Franc3D 裂紋分析軟件主要計算三維裂紋的裂紋擴展與
疲勞壽命,國內外學者應用該軟件進行了很多裂紋擴展分析工作,證明其是裂紋擴展和壽命預測的可靠手段。Liao等[13] 基于ABAQUS 聯合Franc3D 提出了一種用于航空航天領域的鋁鋰合金修復結構剩余疲勞壽命估算方法。Mangardich等[14] 基于Franc3D 對某型航空發動機高壓壓氣機葉片在使用過程中發生斷裂的裂紋擴展進行了三維數值模擬。Wang 等[15] 利用ABAQUS 和Franc3D 研究了GH4169 高溫合金在滑動疲勞磨損條件下的裂紋擴展特性。李巖等[16] 基于Franc3D 探討了渦輪盤裂紋關鍵位置選擇、初始裂紋尺寸及形狀的確定和選擇問題。路衛兵等[17] 使用Fracnc3D 針對大模數表面淬火齒條的裂紋擴展規律進行了研究。熊勛等[18]采用Franc3d 和ABAQUS 聯合仿真的方法,對帶初始預制裂紋的Q235 鋼CT 試樣進行了疲勞裂紋擴展及壽命預測和分析。謝芳等[19] 利用ANSYS 及Franc3D 對球形壓力容器軸向橢圓埋藏裂紋擴展進行了分析。
在葉片裂紋擴展理論和數值分析方面,當前研究多局限
于表面裂紋和穿透裂紋,但是實際中的葉片多以三維裂紋形式存在,對于其裂紋前緣形貌、裂紋擴展路徑、裂紋擴展壽命的建模、數值模擬、理論分析都十分復雜。
展開 多裂紋的傳播模擬
這是用abaqus/standard做的一個多裂紋的傳播練習，希望對涉及到裂紋研究的朋友有點啟發。
一下是inp文件和動畫
crack2-xfem.rar
lsdyna模擬爆破裂紋發展 ￥1
考慮對稱性，案例采用1/4圓進行模擬，單層單元。建模命令流如附件。
1_5.txt
采用拉格朗日流固耦合算法，建模命令流中裝藥不耦合系數1.5，空氣單獨建模。在實際計算過程中，未考慮空氣受熱膨脹對裂隙尖端產生的拉力，希望有相同研究興趣的可以一塊交流一下。
采用ALE算法（設置空單元）還是拉格朗日算法（流固耦合）取決于*SECTION_SOLID_ALE關鍵字中ELFORM的設置（11or12），設置11為流固耦合，需要控制*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP關鍵字，設置12為空單元，需要控制*INITIAL_VOID_PART和*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID關鍵字。
裂隙的產生擴展通過添加*MAT_ADD_EROSION控制材料失效標準。本案例設置的是mnpres失效，即拉應力失效，具體數值根據材料動載破壞強度和期望效果調整。
Uncoupling_1_25.k
展開 裂紋模擬斷裂仿真軟件
主要目標就是為用戶提供一個對含缺陷構件方便準確進行模擬計算的平臺，以評估含裂紋等缺陷金屬構件的安全性與可靠性。ALOF的分析精度已為大量的實驗和學術論文所證明。
ALOF的主要功能和特色為：
⑴ 方便快捷地模擬含裂紋或缺陷體的失效破壞過程，評估裂紋構件的安全與可靠性。建立分析模型時可不預設裂紋形狀，裂紋擴展過程更無需人工干預；為提高分析精度，用戶可在裂紋附近進行高效的分層加密。
⑵ ALOF擁有友好的用戶交互界面，用戶可以在交互界面上建立CAE網格模型、定義材料和荷載以及選擇多種裂紋求解算法。ALOF可以根據分析結果生成失效或破壞過程的動畫，提供用戶所需要的失效分析報告。
下面是采用該軟件對一個門式起重機主梁的角焊縫裂紋安全評估與檢修周期制定。
1、背景介紹及模型簡化ALOF實現
門式起重機主梁的角焊縫是最容易出現裂紋擴展的區域之一，我們以此部位為例介紹ALOF確定漏檢設備檢修周期的過程。
圖1.門式起重機示意圖
圖2.門式起重機主梁參數化建模對話框與參數化模型
通過對該設備進行現場儀器探測和主梁模型的有限元分析，發現在某角焊縫處存在最大拉應力σm=150MPa，該部位受力如下圖3所示
圖3角焊縫模型
該角焊縫處存在一漏檢表面裂紋，以探測設備的漏檢長度作為裂紋初始長度，裂紋長度a =2mm，如下圖4所示。對該角焊接局部區域建立有限元模型，并定義初始裂紋，進行檢修周期的計算，有限元模型如圖所示。
展開 
基于VCCT的裂紋擴展模擬
http://www.docin.com/p-437977520.html
ABAQUS對裂紋模擬的探討
大量實驗數據表明,解理斷裂起裂點距裂尖的距離是隨機分布的,并不存在一個具有統計意義的固定位置和特征距離,為了深入探討解理斷裂的內在機理,我們采用有限元分析軟件對實驗結果進行有限元模擬來驗證解理斷裂綜合三判據。
但在模擬過程中遇到了大量問題,下述主要討論模擬裂紋開裂時其前處理過程中模型建立的要點及后處理過程中斷裂判據的運用方法,在計算中如果網格變形過大,計算結果將失真或無法收斂,這時就需要進行網格重組。
基于DYNA的含裂隙巖體爆破裂紋及擴展及損傷模擬 ￥48.9
本案例研究了含裂隙巖體爆破中裂紋的擴展及損傷過程，Ls-dyna模擬了爆炸應力波在裂隙巖體中的傳播特性。結果表明:爆破過程中應力波分布不均勻，主要向自由表面傳播閉合型宏觀裂隙阻礙爆炸應力波的傳播，且在裂隙處會止裂，裂紋及損傷會繞過裂隙處，模擬結果如下 ：
圖1 含裂隙巖體爆破裂紋及擴展有限元模型
圖2 含裂隙巖體爆破裂紋及擴展過程
圖3 含裂隙巖體爆破裂紋及等效應力波傳播過程
本案例適用于研究爆炸、沖擊、侵徹動力學的朋友，下面附上該模擬的K文件，大家有疑問可以在私信我，歡迎交流！
展開 DEFORM 3D裂紋失效模擬 ￥9.99
裂紋失效是材料加工中非常常見的缺陷之一，DEFORM提供了多個斷裂準則來模擬斷裂過程。
在deform中斷裂模型有兩種處理方式，單元刪除（Element Deletion）和連續損傷軟化（Continuum Damage Softening）
要想通過DEFORM 3D來實現裂紋失效模擬，需進行以下設置。
