裂紋擴展路徑仿真的案例
#裂紋任意路徑擴展---擴展有限元單元法XFEM與圍線積分（+網(wǎng)格重劃分）對比
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</div><p> 擴展有限元單元法XFEM與圍線積分（+網(wǎng)格重劃分）結果對比</p><p>*********************************************************************************************************</p><p>前面已經(jīng)講述了模擬裂紋沿著任意路徑擴展的幾種方法，包括擴展有限元XFEM與網(wǎng)格重劃分，批量插入cohesive單元，自帶材料損傷等，在上一個帖子我們重點介紹了圍線積分（+網(wǎng)格重劃分）來模擬裂紋擴展的整體思路及做法，并給出了初步的結果，那么有人說了：你這個二次開發(fā)程序模擬的結果的準確性如何呢？
展開 #ABAQUS圍線積分+網(wǎng)格重劃分--模擬裂紋任意路徑擴展
</p><p><br></p><p>首先，第四種模擬裂紋任意路徑擴展的方法的思想主要是：</p><p>初始裂紋在時間t0達到斷裂韌性，裂紋發(fā)生擴展，刪除原始模型網(wǎng)格，裂紋往前擴展一個增量，重新劃分網(wǎng)格，把上一步的應力場使用*map solution 映射到新模型上，載荷施加t0之后的載荷段，再計算應力強度因子，如果在t1時刻裂紋尖端的應力強度因子又達到了斷裂韌性，裂紋會進一步擴展......后面不斷判斷循環(huán)進行下去。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201811/911f8669520f421ab285c66f456b8e07.jpg" alt="1.jpg"></p><p>我們采用這種思想通過python二次開發(fā)實現(xiàn)了裂紋沿著任意路徑的自動擴展，而且將程序得到的結果與理論解析解進行了對比，結果完全一致（這里不再給出）。
展開 基于XFEM的裂紋擴展仿真過程詳解和仿真經(jīng)驗交流（二）（包括直接循環(huán)載荷步疲勞裂紋擴展分析） ￥20
第二部分、基于XFEM_paris模型的裂紋擴展仿真分析
相比于靜態(tài)裂紋參數(shù)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(wǎng)格重劃分技術、邊界元法、無網(wǎng)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(xiàn)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(wǎng)格，提高了計算效率。ABAQUS中集成的XFEM裂紋擴展仿真可以根據(jù)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(jīng)過很多次的仿真分析，在模型和參數(shù)基本相同的情況下，筆者發(fā)現(xiàn)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(shù)設置的問題，部分參數(shù)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(xiàn)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(fā)生擴展、每個cycle裂紋都會擴展一次等。
展開 基于智能裂紋擴展方法在CT樣本中進行裂紋擴展傳播仿真 ￥5
裂紋擴展模擬一直是學術界和工業(yè)界的一個難題。Ansys機械提供分離變形和自適應重網(wǎng)格
模擬脆性材料裂紋擴展的SMART技術。SMART裂紋擴展方法自動評估裂紋尖端的斷裂參數(shù)（應力強度因子或j積分），并根據(jù)用戶定義的臨界值進行檢查。該算法還計算了滿足裂紋擴展準則時的裂紋擴展角。隨著裂紋的擴展，裂紋尖端周圍的網(wǎng)格自適應細化。
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爆破裂紋擴展CAE仿真（蛛網(wǎng)式裂紋）
一、仿真背景
爆轟產(chǎn)物膨脹破巖。炸藥爆炸會產(chǎn)生極大壓力，爆轟氣體膨脹破巖，同時對藥包周圍巖體施加非常大的載荷，以炸藥為中心周圍巖體產(chǎn)生徑向移動，因自由面的存在，附近巖體產(chǎn)生不一樣的位移量，藥包與自由面距離最近，附近巖體移動速度快持續(xù)時間長，產(chǎn)生較大位移，巖體距離藥包越遠則位移量越小。各巖體間巖體位移不一致，相互間會產(chǎn)生作用力，作用力為切向應力，在破壞巖體的某一范圍內，切向應力將大大超過巖體自身的動抗壓強度，由然在球形藥包附近的巖體會產(chǎn)生許許多多徑向裂隙。徑向裂隙產(chǎn)生后，爆生氣體進一步泄放，裂隙繼續(xù)延伸擴展，巖體加劇破碎。根據(jù)自由面距離和炸藥量等，巖體被破壞,可能被拋出形成爆破漏斗，或向自由面微微隆起。
二、仿真工具
本文采用Oasys、HyperWorks 前后處理器和LS-DYNA V971 求解器。
三、模型簡介
本例為2維爆破仿真模型，淺孔自由面垂直向上，應力波首先傳播至表面，淺孔爆破會創(chuàng)造出新的自由面；深孔為孔底起爆，爆生氣體貫穿底部，深孔處開始破碎，爆炸應力波傳播至分界處產(chǎn)生反射；部分爆炸應力波繼續(xù)向上傳播，因淺孔處產(chǎn)生新的自由面，部分爆炸應力波沿淺孔方向向上傳播
四、仿真動畫（手機APP用戶要點擊圖片才能看到動畫哦）
想學習更多的知識，請聯(lián)系我們！
展開 基于有機力致響應AIE材料的金屬應力/應變分布和疲勞裂紋擴展路徑的動態(tài)可視化檢測
除了應力/應變分布分析，TPE-4N涂層還能實時監(jiān)測機械部件上的疲勞裂紋，并且預測疲勞裂紋的擴展路徑。當試樣未加載時，無熒光響應。當載荷循環(huán)加載過程中，在缺口的邊緣處出現(xiàn)熒光信號，表明該處出現(xiàn)應力集中，并且誘發(fā)疲勞裂紋生成。隨著加載繼續(xù)，疲勞裂紋擴展，并且在裂紋的尖端和兩側出現(xiàn)熒光信號。裂紋尖端的前部出現(xiàn)熒光，這表明該區(qū)域應力集中明顯，裂紋偏向此區(qū)域擴展。
這一系列TPE-4N涂層的實驗在鋁合金（Al 1100，Al 2024），不銹鋼（SUS316L）和低合金鋼（X80）等材料上進行了重復性測試，證明了這個先進材料的廣泛適用性。
本研究結果發(fā)表于《Advanced Materials》雜志。
全文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201803924
參考文獻：
Weijun Zhao et.al. Nature Communication 9 (2018): 3044
https://www.nature.com/articles/s41467-018-05476-y
來源：高分子科學前沿
展開 基于XFEM的裂紋擴展仿真過程詳解和仿真經(jīng)驗交流（一） ￥5
研究結構裂紋擴展和疲勞壽命已經(jīng)有了一段時間，深深的感覺到國內研究成果相比國外有著許多的不足，尤其是在裂紋問題有限元仿真這一塊，現(xiàn)有的先進的思想和方法都是國外研究者先提出和應用的。其中，擴展有限元方法（XFEM）以其獨特的優(yōu)勢得到了研究者們的青睞，然而國內的相關資料特別是軟件操作方面比較少，而且各執(zhí)其詞，這會使得許多初學者產(chǎn)生誤解（筆者就是因此而走了不少的彎路），工欲善其事必先利其器，準確掌握了合適的方法才能更好的進行后續(xù)的研究工作。在學習了網(wǎng)上相關研究者的視頻資料、ABAQUS16.4用戶手冊和達索官方的培訓資料之后，筆者對這部分軟件操作過程進行總結并給出了自己的一些理解，很多小的細節(jié)往往會導致較大的誤差甚至是仿真的失敗，針對這些問題給出了一些小小的建議，希望對未來研究這方面內容的同學們有所幫助。
第一部分、基于XFEM的靜態(tài)裂紋參數(shù)計算
相比于同類型的有限元分析軟件（如ANSYS），ABAQUS在裂紋這種強不連續(xù)問題上的仿真方面，其前處理建模和求解部分更加優(yōu)秀，但是后處理部分比較困難，有些參數(shù)沒辦法通過軟件直接輸出，需要進行二次開發(fā)，后處理部分目前我做的還不是很好將在優(yōu)化之后另作說明。
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仿真具體流程如下：（圖片太多了上傳麻煩而且不方便排版，我懶得一個個上傳了，需要詳細流程的還是請下載文檔吧）
（1） 建立part：（實體模型和裂紋模型）
首先必須要明確的是ABAQUS只能夠計算和輸出三維裂紋的靜態(tài)裂紋參數(shù)，靜態(tài)裂紋必須三維，靜態(tài)裂紋必須三維，靜態(tài)裂紋必須三維，重要的事說三遍。
展開 基于XFEM的裂紋擴展仿真過程詳解和仿真經(jīng)驗交流（三）
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(tài)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(wǎng)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(shù)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(shù)。
（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(jù)你定義的參數(shù)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 帶孔洞板的裂紋擴展及斷裂仿真
本篇案例采用相場損傷模型模擬了帶孔洞板的裂紋擴展及斷裂過程，模擬結果如下：
感興趣的朋友可加我交流模型。Q：172497934，群1:743937736，群2：858277810。
abaqus低周疲勞裂紋擴展仿真案例講解 ￥50
abaqus低周疲勞裂紋擴展仿真案例講解
Franc3D與ABAQUS聯(lián)合仿真模擬角裂紋擴展
通過abaqus建模，franc3d定義裂紋及擴展，可以模擬孔邊角裂紋的擴展。
圖一左側顯示了角裂紋的擴展路徑，從角裂紋逐漸擴展為穿透裂紋，右側顯示的是裂紋擴展過程中應力強度因子的變化。圖2則是ABAQUS中的odb文件顯示結果，能夠清晰觀察到角裂紋的擴展過程。
算例丨基于ABAQUS的滾子軸承保持架橫梁裂紋擴展仿真分析
裂紋在開始擴展以后，首先向深度方面延伸，然后裂紋擴展方向發(fā)生明顯改變，如圖10所示，裂紋出現(xiàn)偏斜，角度約為45?，向橫梁另一面擴展。如圖11所示為裂紋狀態(tài)圖（PHILSM），表示裂紋面上，距離裂縫的等高線（值有正有負）。如12表示保持架橫梁裂紋的statuxfem開裂狀態(tài)，當=1時（紅色），表示完全開裂；當=0時（深藍色），標識完全不開裂；當0~1之間時，不同開裂程度。
圖9 裂紋位置與擴展趨勢分析
圖10 裂紋擴展區(qū)域局部放大圖
圖11 裂縫狀態(tài)
圖12 裂紋statuxfem圖示
四、結論
滾子軸承常用于齒輪箱等旋轉機械中，其保持架橫梁受滾動體沖擊載荷的影響，容易在橫梁末端產(chǎn)生裂紋，并擴展導致保持架失效。通過建立簡化保持架橫梁3D模型，仿真分析了保持架橫梁末端裂紋的擴展趨勢。結果顯示，裂紋在深度方向擴展一定距離后，其擴展方向發(fā)生45?偏轉，并繼續(xù)擴大。分析結果為滾子軸承保持架結構設計提供了有益指導。
文章來源：CAE仿真學社
展開 基于ABAQUS的滾子軸承保持架橫梁裂紋擴展仿真分析
裂紋在開始擴展以后，首先向深度方面延伸，然后裂紋擴展方向發(fā)生明顯改變，如圖10所示，裂紋出現(xiàn)偏斜，角度約為45?，向橫梁另一面擴展。如圖11所示為裂紋狀態(tài)圖（PHILSM），表示裂紋面上，距離裂縫的等高線（值有正有負）。如12表示保持架橫梁裂紋的statuxfem開裂狀態(tài)，當=1時（紅色），表示完全開裂；當=0時（深藍色），標識完全不開裂；當0~1之間時，不同開裂程度。
圖9 裂紋位置與擴展趨勢分析
圖10 裂紋擴展區(qū)域局部放大圖
圖11 裂縫狀態(tài)
圖12 裂紋statuxfem圖示
四
結論
滾子軸承常用于齒輪箱等旋轉機械中，其保持架橫梁受滾動體沖擊載荷的影響，容易在橫梁末端產(chǎn)生裂紋，并擴展導致保持架失效。通過建立簡化保持架橫梁3D模型，仿真分析了保持架橫梁末端裂紋的擴展趨勢。結果顯示，裂紋在深度方向擴展一定距離后，其擴展方向發(fā)生45?偏轉，并繼續(xù)擴大。分析結果為滾子軸承保持架結構設計提供了有益指導。
文章來源：CAE技術交流
展開 基于ABAQUS的滾子軸承保持架橫梁裂紋擴展仿真分析
基于ABAQUS的滾子軸承保持架橫梁裂紋擴展仿真分析
Cliff_Shi 重慶大學 400044
1. 摘要
滾子軸承在轉動過程中會在滾動體與保持架之間產(chǎn)生較大的沖擊載荷，導致應力集中分布在保持架橫梁的彎折位置，誘發(fā)保持架裂紋的萌生與擴展，影響軸承性能與壽命。針對這一問題，建立了3D保持架橫梁有限元模型，仿真分析了保持架橫梁在連續(xù)沖擊載荷作用下的裂紋萌生與擴展過程，結果顯示，保持架末端裂紋呈近似45?擴展，結果為滾子軸承保持架結構設計提供了有益指導。
2. 問題/任務描述
滾子軸承在運行過程中，滾動體在載荷區(qū)推動保持架轉動，而保持架在非承載區(qū)推動滾動體轉動，滾動體與保持架之間的載荷具有作用時間短，載荷幅值大的沖擊特征，而滾動體與保持架的打滑加劇了兩者之間的沖擊程度，容易導致保持架橫梁在端部萌生裂紋與擴展而發(fā)生斷裂，影響滾子軸承的服役性能和壽命。如圖1所示，滾動體與保持架在區(qū)域A和B發(fā)生接觸，載荷分布面積較小，沖擊幅值較大，應力容易在區(qū)域A、B、C和D區(qū)域集中分布，導致該區(qū)域內裂紋萌生，在滾動體的反復沖擊作用下，裂紋擴展直至保持架橫梁斷裂。具體參考《滾針軸承滾針—保持架沖擊碰撞特征仿真分析》一文[1]。
圖1 保持架應力集中區(qū)域A、B、C和D
3. 仿真計算采用的設備基本情況（CPU、內存等）
Intel(R) Core(TM) i7-8565U CPU @ 1.80GHz 1.99 GHz
8.00 GB (7.88 GB 可用)
Abaqus 6.14
4.
展開 Abaqus利用內聚力模型（cohesive zone）模擬裂紋擴展仿真案例講解
Abaqus利用內聚力模型（cohesive zone）模擬裂紋擴展仿真案例講解
