鋼材斷裂模擬的案例
棒狀鋼材斷裂模擬
模型難點：
√ 模型的斷裂本構
√ 模型的斷裂設置
√ 模型的后處理
鋼材為什么斷裂？
鋼材為什么斷裂？本文以不同品種分類介紹了可能的原因。
用于各行業的鋼材品種達數千種之多。每種鋼材都因不同的性能、化學成分或合金種類和含量而具有不同的商品名稱。雖然斷裂韌性值大大方便了每種鋼的選擇，然而這些參數很難適用于所有鋼材。
主要原因有：第一，因為在鋼的冶煉時需加入一定數量的某種或多種合金元素，成材后再經簡單熱處理便可獲得不同的顯微組織，從而改變了鋼的原有性能；第二，因為煉鋼和澆注過程中產生的缺陷，特別是集中缺陷（如氣孔、夾雜等）在軋制時極其敏感，并且在同一化學成分鋼的不同爐次之間，甚至在同一鋼坯的不同部位發生不同的改變，從而影響鋼材的質量。
由于鋼材韌性主要取決于顯微結構和缺陷的分散（嚴防集中缺陷）度，而不是化學成分。所以，經熱處理后韌性會發生很大變化。要深入探究鋼材性能及其斷裂原因，還需掌握物理冶金學和顯微組織與鋼材韌性的關系。
1. 鐵素體-珠光體鋼斷裂
鐵素體-珠光體鋼占鋼總產量的絕大多數。它們通常是含碳量在0.05%～0.20%之間的鐵-碳和為提高屈服強度及韌性而加入的其它少量合金元素的合金。
鐵素體-珠光體的顯微組織由BBC鐵（鐵素體）、0.01%C、可溶合金和Fe3C組成。在碳含量很低的碳鋼中，滲碳體顆粒（碳化物）停留在鐵素體晶粒邊界和晶粒之中。但當碳含量高于0.02%時，絕大多數的Fe3C形成具有某些鐵素體的片狀結構，而稱為珠光體，同時趨向于作為“晶粒”和球結（晶界析出物）分散在鐵素體基體中。
展開 鋼材韌性及斷裂原因研究
用于各行業的鋼材品種達數千種之多。每種鋼材都因不同的性能、化學成分或合金種類和含量而具有不同的商品名稱。雖然斷裂韌性值大大方便了每種鋼的選擇，然而這些參數很難適用于所有鋼材。
主要原因有：
第一，因為在鋼的冶煉時需加入一定數量的某種或多種合金元素，成材后再經簡單熱處理便可獲得不同的顯微組織，從而改變了鋼的原有性能；
第二，因為煉鋼和澆注過程中產生的缺陷，特別是集中缺陷（如氣孔、夾雜等）在軋制時極其敏感，并且在同一化學成分鋼的不同爐次之間，甚至在同一鋼坯的不同部位發生不同的改變，從而影響鋼材的質量。
由于鋼材韌性主要取決于顯微結構和缺陷的分散（嚴防集中缺陷）度，而不是化學成分。所以，經熱處理后韌性會發生很大變化。要深入探究鋼材性能及其斷裂原因，還需掌握物理冶金學和顯微組織與鋼材韌性的關系。
1.鐵素體-珠光體鋼斷裂
鐵素體-珠光體鋼占鋼總產量的絕大多數。它們通常是含碳量在0.05%～0.20%之間的鐵-碳和為提高屈服強度及韌性而加入的其它少量合金元素的合金。
鐵素體-珠光體的顯微組織由BBC鐵（鐵素體）、0.01%C、可溶合金和Fe3C組成。在碳含量很低的碳鋼中，滲碳體顆粒（碳化物）停留在鐵素體晶粒邊界和晶粒之中。但當碳含量高于0.02%時，絕大多數的Fe3C形成具有某些鐵素體的片狀結構，而稱為珠光體，同時趨向于作為“晶粒”和球結（晶界析出物）分散在鐵素體基體中。含碳量在0.10%～0.20%的低碳鋼顯微組織中，珠光體含量占10%～25%。
盡管珠光體顆粒很堅硬，但卻能非常廣泛地分散在鐵素體基體上，并且圍繞鐵素體輕松地變形。通常，鐵素體的晶粒尺寸會隨著珠光體含量的增加而減小。因為珠光體球結的形成和轉化會妨礙鐵素體晶粒長大。因此，珠光體會通過升高d-1/2（d為晶粒平均直徑）而間接升高拉伸屈服應力δy。
展開 為什么含碳量高的鋼材容易斷裂？
含碳量高的鋼材為什么容易斷裂？
含碳量高的棒材發生過很多次斷裂，如45#鋼做的軸，使用不太長的時間就發生斷裂。從斷裂后部件上取樣，進行金相分析，往往找不到產生的原因，即算牽強附會找到了一些原因，也不是實際的原因。
為了確保更高的強度，還必須在鋼中添加碳，隨之就會析出鐵碳化物。從電化學的觀點來看，鐵碳化物發揮了陰極作用，加快了基體周邊的陽極溶解反應。在顯微組織內的鐵碳化物體積分數的增大還歸因于碳化物的低氫超電壓特性。
鋼材表面易于產生并吸附氫，氫原子向鋼材內部滲入的同時，氫的體積分數就可能會增加，最終使得材料的抗氫脆性能顯著降低。
高強鋼材耐腐蝕性和抗氫脆性的顯著降低不僅有害于鋼材的性能，還會極大地限制鋼材的應用。
如汽車用鋼暴露于氯化物等各種腐蝕環境中，在應力作用下，可能出現的應力腐蝕開裂（SCC）現象就會對車身的安全性造成嚴重的威脅。
碳含量越高，氫擴散系數減小，氫溶解度增大。學者Chan曾經提出，析出物（作為氫原子的陷阱位置）、電位、空孔等各種晶格缺陷與碳含量成正比，碳含量增大，就會抑制氫擴散，因此氫擴散系數也較低。
由于碳含量與氫溶解度成正比關系，作為氫原子陷阱的碳化物，體積分數越大，鋼材內部的氫擴散系數越小，氫溶解度增大，氫溶解度也包含了有關擴散性氫的信息，因而氫脆敏感性最高。隨著碳含量的增加，氫原子的擴散系數減小，表面氫濃度增大，這是因為鋼材表面的氫超電壓下降所致。
從動電壓極化試驗結果來看，試樣的碳含量越高，酸性環境中就易于發生陰極還原反應（氫生成反應）以及陽極溶解反應。
展開 
ANSYS鋼材拉伸模擬程序
鋼材拉伸模擬.pdf
鋼材單向拉伸試驗Abaqus模擬 附Abaqus詳細教程下載
材料經歷彈性階段后開始屈服并進入塑性階段，達到峰值
以后因發生損傷應力會有快速下降的過程，最終材料斷裂。因此，金屬本構關系一般分為三個階段：彈性、塑性、損傷。前二者可以根據連續介質理論進行分析得到，但損傷關系更多時候是根據經驗建立得到。
一般來說，損傷本構可分別從損傷起始與損傷演化定義。對于前者，Abaqus提供了兩大類本構。第一類為金屬斷裂，包括延性準則與剪切準則；第二類為板材頸縮，包括FLD、FLSD、MSFLD與M-K準則。前者可考慮材料在拉、剪、壓下的響應，而后者在大部分情況下只能考慮受拉情形。本文僅對延性準則進行討論，其余本構可從手冊中獲取介紹Damage and Failure for Ductile Metals - SIMULIA User Assistance 2022 (3ds.com)。
圖1 應力-應變關系
延性準則
傳統斷裂觀點認為斷裂起始與應力三軸度，應變率有關。
展開 模擬 施瓦辛格掰鐵棒和模擬鐵棒中間斷裂
siwaxinge.rar
模擬鐵棒中間斷裂，只是一個大概的模型，很多細節沒考慮好，僅作拋磚引玉之用。
附圖：手中力與手的位移之圖。看來施瓦辛格掰的時候要小心了，嘿嘿
siwaxinge_cohesive.rar
Abaqus拉伸斷裂模擬 ￥20
<p>Abaqus狗骨頭拉伸斷裂模擬，鋼材拉伸斷裂模型，提供cae文件、odb文件、視頻教程，可供參考學習！</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202510/attachment/383ddbe1c3de403f9cdd33e4acf856b8.png" style="display: inline-block;" data-regular="true">
<img src="https://img.jishulink.com/202510/attachment/383ddbe1c3de403f9cdd33e4acf856b8.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202510/attachment/383ddbe1c3de403f9cdd33e4acf856b8.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202510/attachment/383ddbe1c3de403f9cdd33e4acf856b8.png?
展開 斷裂模擬大雜燴
突來奇想，能不能用abaqus做一個斷裂、破碎一勺燴的模擬呢！
為此做了個以下方式的大雜燴的練習：XFEM，VCCT，損傷+斷裂（復合模式），重力載荷+初速度，隱式動力+靜力。
目的：模擬一個瓶子的破裂效果
建模：瓶子模型——用Hypermesh隨意做的，其厚度=2.0 mm，見笑了。
裂紋預置——初始裂紋預置在瓶子內層豎向的兩個單元上，裂紋長度約10mm。
瓶子材料——瓶子的材料假定是鋼化玻璃，其E=75 Gpa，ν=0.25， ρ=2600kg/m^3,σmax=40 Mpa, GⅠ=1.5 N/MM, GⅡ=GⅢ=1.0 N/MM
邊界條件——瓶子以50000 mm/s的初速度跌落到剛性地面上。
分析步驟——一個隱式動力步加一個靜力步
以下是inp文件和動畫
bottle.png
bottle1.gif
bottle2.gif
bottle3.gif
bottle-xfem.rar
展開 斷裂模擬收徒！（長期有效、長期指導、保證盡快學會！）
<p>個人自2012年從事abaqus的斷裂模擬相關工作，在斷裂方向以第一作者已發表SCI論文30多篇，主持國自然等項目多項，專業知識及技能請你放心，對于abaqus中的斷裂模擬基本手段早已得心應手。</p><p>個人從開始接觸斷裂模擬以來也都是辛苦一路走來，深知入門的艱辛。</p><p>在早些年斷裂的學習十分困難，沒有多余的學習資料和視頻，只能自己翻譯幫助文檔，自己摸索，四處網絡上詢問。隨著近幾年做斷裂的學者越來越多，關于斷裂的學習資料和視頻也越來越多，也正因為越來越多的資料會讓初學者看的顛三倒四，甚至誤解其中的含義。</p><h1>目前初學者面臨的兩個主要困難是，第一是斷裂模擬手段太多了，哪種適合我，選哪個，它們之間都是什么關系，怎么學，看誰的資料和視頻？第二是照著一個例子會做了，感覺掌握了，但是運用到自己的模型上為什么總是各種不收斂，各種算不完呢，到底問題出在哪里？</h1><h1>如果你有以上的困擾，建議你找一個可以長期輔導你的老師傅，遇到問題可以給你提供多種解決思路，不斷的積攢經驗，慢慢地你也將成為一個老司機了，</h1><p>對于abaqus的建模、調試、前后處理，二次開發個人積攢了很多經驗，基本可以解決大家常見的所有問題，斷裂方法及常見問題更是不再話下，如果長期跟學，我可以提供學習資料、學習視頻、長期答疑、長期模型調試、遠程查看模型、隨問隨答、相關插件等。</p><p>斷裂模擬收徒工作最近兩年一直在進行，當前收徒已超百人。</p><p>如果你也有意向長期跟學，<span style="color: rgb(25, 27, 31);">有意向或感興趣的可以扣扣105*75*93*923、唯心132*7927*83*59。
展開 斷裂模擬大雜燴
突來奇想，能不能用abaqus做一個斷裂、破碎一勺燴的模擬呢！
為此做了個以下方式的大雜燴的練習：XFEM，VCCT，損傷+斷裂（復合模式），重力載荷+初速度
目的：模擬一個瓶子的破裂效果
建模：瓶子模型——用Hypermesh隨意做的，其厚度=2.0 mm，見笑了。
裂紋預置——初始裂紋預置在瓶子內層豎向的兩個單元上，裂紋長度約10mm。
瓶子材料——瓶子的材料假定是鋼化玻璃，其E=75 Gpa，ν=0.25，ρ=2600 kg/m^3，
σmax=40 Mpa, GⅠ=1.5 N/MM, GⅡ=GⅢ=1.0 N/MM。
邊界條件——瓶子以50000 mm/s的初速度跌落到剛性地面上。
以下是inp文件和動畫
bottle-cracking.rar
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 材料脆性斷裂有限元模擬的UEL子程序實現方法
一、引言
相場斷裂模型是描述當裂紋尖端狀態達到臨界能量釋放率時發生裂紋擴展現象的工具，被廣泛應用于材料斷裂過程的模擬研究。UEL (User Element Subroutine) 子程序允許用戶自定義單元的切線剛度矩陣及節點力向量，在實現相場斷裂模型時具有靈活性與便利性。UMAT (User Material Subroutine)子程序可以供用戶自定義材料的本構模型，同時可彌補UEL子程序無法可視化的缺陷。本文中的計算結合UEL子程序與UMAT子程序，采用雙層模型進行交互計算材料的斷裂過程。
粘結單元cohesive 模擬斷裂
通過建立零厚度粘聚單面cohesive Element 模擬混凝土或復合材料層合板開裂：
實例可詳見：
http://forum.simwe.com/thread-1134530-1-1.html
交流郵箱：1551647104@qq.com；
MARC模擬金屬材料的斷裂破壞
我最近在用MARC模擬金屬材料在楔橫軋過程中的軋制過程的斷裂和破壞，做了一個簡單的二維的模擬，我把文件傳到附件中，有興趣的哥們可以下著看看，有MARC的高手希望能指導一下，我現在只是在初級階段，我的目的是研究三維的模擬。
crack_job1.rar
