XFEM裂紋
關注創建者：匿名 創建時間：2021-10-27
XFEM裂紋的視頻教程
ABAQUS-壓彎裂紋擴展模擬（XFEM-無預置裂紋）
本案例基于ABAQUS/Standard模擬了無預制裂紋樣件在壓頭壓力在載荷下發生開裂及裂紋擴展的過程。樣件材料定義了彈性，塑性參數，Maxpe Damage損傷初始化參數及損傷演化參數，為助于收斂定義了損傷穩定化參數。通過定義XFEM裂紋，壓頭在位移作用下，將試件壓彎，到一定程度產生裂紋并擴展。輸出了裂紋面應力應變情況，XFEM裂紋狀態變量。
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ABAQUS-三維復合材料裂紋擴展失效模擬（XFEM）
本案例基于ABAQUS/Standard模擬了帶孔三維層疊復合材料在拉伸載荷下產生裂紋并擴展的過程，復合材料屬性通過 Engineering Cosntant定義，采用C3D8R單元，定義XFEM裂紋，并定義了 Traction-Maxps 材料失效準則，及基于能量的裂紋擴展準則，由于中央橢圓孔的應力集中，裂紋在孔的兩側產生。
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XFEM裂紋的實例教程
圖1模型
今天，跟大家分享的是壓力容器在內壓作用下的裂紋擴展過程，使用的是XFEM方法，模型如圖1所示。下面詳解每個步驟的設置。
目標：學會XFEM方法的設置及應用。
幾何模型：本案例由兩個部分組成，一個是壓力容器部分，采用導入網格inp形成，另一部分為一個面，作為crack，后續設置XFEM裂紋使用。
材料：定義了線彈性材料steel，彈性模量210000，泊松比0.3。在線彈性基礎上增加最大應力損傷準則及損傷演化準則，如圖2所示，建立Homogeneous solid屬性并賦予給壓力容器part。
圖2材料屬性
分析步設置：創建general static分析步，打開大變形，將增量步長改為0.05，最小增量步長1e-12，最大增量步數改為100，并修改最大迭代次數IA為20，場變量勾選STATUSXFEM選項。
圖3 分析步設置
相互作用設置：在Interaction模塊，建立默認的無摩擦接觸屬性，Special》creat裂紋，Type選擇XFEM方法，如圖4所示，指定接觸屬性。
圖4 裂紋XFEM設置
載荷及邊界條件：壓力容器底面完全約束，容器內壁面施加均布壓力pressure，大小210MPa。
圖5 邊界條件
網格劃分模塊：選用C3D8R單元，建立job，提交分析。求解后，圖6是模型的應力分布云圖！本例由于施加的載荷很大，載荷未施加完，容器已經發生裂紋擴展，導致只能算到0.113就Abort，也就是內壓在23.1MPa時發生擴展。
圖6 應力分布云圖
展開 Abaqus XFEM疲勞裂紋擴展(基于Paris公式)教程
本文將詳細介紹在abaqus軟件中，利用擴展有限元（XFEM）實現疲勞裂紋擴展，用的是二維CT模型，三維模型同理。
主要包括一下幾方面：1.模型的建立（包括材料賦予，預制裂紋，分析步設置，邊界條件設置）2.關鍵詞設置（裂紋擴展的Paris公式在abaqus中的換算）3.收斂問題。
1. 模型的建立
根據國標GB/T 6398-2017，金屬材料疲勞試驗疲勞裂紋擴展方法所規定的CT模型建模方法：
在abaqus中建模并且在中間畫好過渡線，可得：
再建一個預制裂紋（裂紋長度為1mm，你可以根據自己需要選擇長度）的模型：
材料賦予正常進行，賦予彈性和塑性就行，預制裂紋不需要賦予材料屬性（例子為了方便，只賦予彈性部分）
裝備部分，選擇CT模型及預制裂紋兩個part，再將預制裂紋移動至裂紋尖端:
Step設置：
本文用的是direct cycle分析步
展開 第三部分、基于XFEM_COHESIVE & VCCT的裂紋擴展仿真分析
接著上部分的內容，擔心有些同學會搞混淆，這里把cohesive和VCCT兩個模型單獨拿出來說一下，主要說一下與Paris模型仿真的不同之處。由于這部分我用的比較少，難免會有考慮不周和認識錯誤的地方還請大家批評指正。
####通用靜態分析步下的XFEM_COHESIVE裂紋擴展仿真####
首先需要說明的是，三種方法的默認裂紋擴展方向準則好像都是MTS準則即最大周向應力準則，因此，只要你的網格劃分合理，邊界條件定義正確，裂紋的擴展軌跡基本上相同。不同之處在于疲勞裂紋擴展壽命問題，它與模型和材料參數有關，如果仿真結果不是很理想，不妨換種仿真模型或者調整參數。
（1） part：可以選擇不建立crack實體，即無預制裂紋仿真，程序會根據你定義的參數判斷富集域部分單元的起裂條件，通過牽引分離定律判斷單元的損傷程度，包括最大主應力和臨界能量釋放率條件或者最大位移條件。
展開 <div contenteditable="false" width="100%"><div><img src="https://img.jishulink.com/upload/201812/2c49b1343833446bb72c8c083045b0ab.jpg" title="同一個模型下擴展有限元xfem與圍線積分裂紋擴展--結果對比2.jpg" alt="同一個模型下擴展有限元xfem與圍線積分裂紋擴展--結果對比2.jpg" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/201812/2c49b1343833446bb72c8c083045b0ab.jpg?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/201812/2c49b1343833446bb72c8c083045b0ab.jpg?
展開 第二部分、基于XFEM_paris模型的裂紋擴展仿真分析
相比于靜態裂紋參數計算問題，裂紋擴展仿真在學術和工程領域更為人們所關注，常用的方法有網格重劃分技術、邊界元法、無網格方法和XFEM，其中，XFEM通過引入水平集法和單位分解等思想實現了實體與裂紋相互獨立，在裂紋擴展的過程中不需要更新網格，提高了計算效率。ABAQUS中集成的XFEM裂紋擴展仿真可以根據使用的模型分為三類：基于損傷力學內聚力模型（cohesive）的牽引分離定律、基于LEFM的虛擬裂紋閉合技術（VCCT）和基于Paris公式的疲勞裂紋擴展理論。第一種方法可以不用預制裂紋，適用于裂紋的萌生壽命分析，第二種不是很熟悉，第三種則必須預制裂紋，適用于裂紋的擴展壽命分析。下面將對這三種操作流程進行一一說明，以二維模型為例，三維模型基本相同。
讀者須知：經過很多次的仿真分析，在模型和參數基本相同的情況下，筆者發現基于cohesive和基于VCCT模型的裂紋擴展分析很難得到收斂，仿真難度較大，這有可能是參數設置的問題，部分參數修改之后還是能夠成功的，但也有可能是本人學藝未精，所以說只能是提及一下給個建議。但是基于Paris模型的方法仿真效果還不錯，因此本文僅對后者做詳細的說明，至于其余兩種方法只能夠簡單的說明一下其實現過程中的異同點。再次強調，本文只有基于Paris模型的direct cyclic分析步的仿真過程，誤買本帖的同學請別來罵我。
本文還將針對同學們在仿真過程中的一些問題提供解決方法和思路，其中包括：裂紋不發生擴展、每個cycle裂紋都會擴展一次等。
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XFEM裂紋的相關專題、標簽、搜索
XFEM裂紋的最新內容
展示的模型分三大類CDP本構下的三點彎曲模型、XFEM隨機裂紋拓展模型和XFEM帶預制裂模型（可以再此基礎上研究尖端-開裂應力因子等）。建模過程詳細，所需注意的重點也給指出，對纖維混凝土學者應該會有很大的收獲。
下列將展示具體模型CAE和結果文件、教學視頻文件和參考論文等可用文件。如果有相關研究人員，可自行購買下載，購買后可免費與博主進行深入溝通交流，針對所難進行免費回答。
所以我建議<span style="background-color: rgb(255, 255, 0);">如果是新手剛學的話，就只要記住兩個事，一是XFEM是可以得到裂紋的擴展過程，二是他可以計算應力強度因子和J積分等參數</span>）。
在交流群中，有人多次問到這個問題，所以直接把方法貼在了下面，希望大家可以輕松解決
Abaqus 給出的錯誤提示：
The following XFEM cracks are failing to correctly generate. The error conditions are listed with the crack names:
Crack-1 - Crack domain
斷裂力學與與損傷分析
2.1.斷裂力學基礎理論
2.2.基于 XFEM 方法的裂紋擴展模擬(實例）
2.3.VCCT 方法入門（實例）
2.4.
Cohesive 方法入門（實例）
第二天
3.
基于XFEM方法的裂紋擴展模擬(實例）
2.3.
VCCT方法入門（實例）
2.4.
Cohesive方法入門（實例）
第二天
3.
【JY】消能減震黏滯阻尼器的力學原理與應用
https://www.yqgqt.org.cn/post/1845611
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【JY】Abaqus黏滯阻尼器參數計算插件
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Abaqus XFEM
如圖2所示為滾子軸承保持架橫梁XFEM模型，局部裂紋布置在保持架橫梁末端，保持架橫梁長30 mm，寬度為2 mm，材料為鋼。在建模過程中，采用ANSA建立保持架橫梁健康狀態下的有限元模型，并將其以INP文件導入ABAQUS中，在PART中建立裂紋部件，并將其組合到一起，共121249個單元。
如圖2所示為滾子軸承保持架橫梁XFEM模型，局部裂紋布置在保持架橫梁末端，保持架橫梁長30 mm，寬度為2 mm，材料為鋼。在建模過程中，采用ANSA建立保持架橫梁健康狀態下的有限元模型，并將其以INP文件導入ABAQUS中，在PART中建立裂紋部件，并將其組合到一起，共121249個單元。
預測裂紋擴展方面的研究很有啟發性。
圖8 試驗件到真實部件的尺寸轉變
02 解決辦法
在結構仿真中，提供線彈性斷裂力學、非線性斷裂力學、擴展有限元（XFEM）以及裂紋結構網格處理等功能，可對脆性斷裂、延性斷裂和裂紋擴展進行仿真分析。
