計算力學與斷裂力學的案例
CAE工程師必學：斷裂力學的一些知識點 附斷裂力學中的數值計算方法及工程應用下載
奇異性理論一直延續至今，但奇異性斷裂力學在物理上存在本質的缺陷，這主要表現在兩方面：
其一，在實際中發現的裂紋其上下表面間距和裂紋頂端曲率半徑都是有限值，且不等于零；
其二，實際裂紋，即使在裂紋頂端，應力與應變均為有限值，不存在所謂的應力與應變的奇異性。
這樣，基于數學尖裂紋和應力奇異性的物理量缺乏堅實的物理基礎。為了完善理論，呈現非奇異性，可以采用比較符合真實情形的半圓形頂端的鈍裂紋（或切口）模型，但鈍裂紋的曲率半徑的測量需要用金相的方法測出，這就需要金相斷裂力學的發展。
未來的發展趨勢
彈塑性斷裂力學雖取得了一些進展，但仍有許多尚待深入研究的問題，它是當前斷裂力學的主要研究方向之一。斷裂動力學，對于線性材料還有待完善；對于非線性材料，尚處于研究初期，是斷裂力學的又一主要研究方向。隨著對斷裂問題的深入研究及數學工具的方便使用，斷裂力學理論會日益成熟，斷裂力學應用會日漸廣泛。
對于數值計算方法，其未來的發展趨勢為：跨尺度的斷裂力學數值計算方法、并行數值計算方法、解析法與數值法的結合、多種計算方法的有機結合于融合、數據處理自動化。
下載地址：斷裂力學中的數值計算方法及工程應用
展開 科技名詞之斷裂力學 附斷裂力學下載
【科技名詞】：斷裂力學 fracture mechanics
【定義】：利用線彈性力學和彈塑性理論的分析方法，從宏觀角度定量研究含裂紋物體裂紋擴展規律的一門學科。
【學科】：材料科學技術_材料科學技術基礎 _材料科學基礎 _材料物理及化學基礎
【相關名詞】：線彈性斷裂力學 彈塑性斷裂力學 巖石斷裂力學
圖片來源：視覺中國
【延伸閱讀】
固體材料的破壞過程，一個非常基礎的問題，卻和湍流模型并列為固體力學和流體力學的兩大難題。自伽利略時代開始，無數力學人在這個問題上孜孜以求，從破壞結果到破壞過程，從宏觀破壞到微觀損傷，從簡單的拉斷、壓潰到引入疲勞、腐蝕、磨損，這一問題的答案在不斷被擴充。
斷裂力學狹義上一般指借助連續介質力學中的線彈性和彈塑性理論，從宏觀角度來研究固體材料破壞過程的所謂宏觀斷裂力學。它上承以屈服強度等材料指標為主的強度理論，下啟以研究原子位錯等晶體尺度內的斷裂過程為主的微觀斷裂力學。盡管1920年這一學科才宣告確立，但百年的發展已使其成為解決固體材料破壞過程這一問題的重要工具。
宏觀斷裂力學根據材料的類型分為線彈性斷裂力學和彈塑性斷裂力學，前者針對脆性材料和小范圍屈服假設下的塑性材料，后者則關注大范圍屈服下的塑性斷裂問題。
線彈性斷裂力學由英國科學家格里菲斯首創，他在1920年提出基于能量平衡的斷裂準則并用以描述理想脆性材料（如玻璃）的斷裂過程。隨后美國科學家歐文在此基礎上提出了能量釋放率，它是裂紋擴展單位面積所需要消耗的能量，并將應用對象擴展到工程準脆性材料（如鑄鐵）。同時，歐文還證明了裂紋尖端的應力場和位移場可以用一個與能量釋放率有關的單參量表征，這就是后來著名的應力強度因子（一種對應力大小的度量）。如今，近10厘米厚的應力強度因子手冊已是工程師的必備之物。
展開 斷裂力學參數計算
筆者除了計算J積分以外，相應的能量釋放率、T應力以及材料力都有所計算，感興趣的朋友可以一起討論，進一步的研究斷裂力學。
斷裂力學中的數值計算方法
斷裂力學中的數值計算方法
斷裂力學—有限寬板含雙邊裂紋的應力強度因子計算 ￥19.89
第一章 引言
工程分析中材料中的裂紋會對結構可靠性帶來很大地影響.歷史上有很多航空航天事故、建筑事故都是由于裂紋引起的斷裂導致結構失效，為了檢驗結構是否能夠一般用于判斷裂紋是否延伸地重要判據就是應力強度因子K ( Stress Intensity Factor,SIF).在具體地工程分析中,評估含裂紋結構穩定性,只需要計算含裂紋結構在要求地工況下地裂紋尖端應力強度因子K值若K>Kc,則裂紋會發生擴展,導致結構失效.傳統的強度觀點通常把材料視為理想材料即材料是連續、均勻、各向同性的,但實際工況中材料很難達到理想狀態。為了確保含裂紋構件長期穩定地安全運行必須對不可避免存在的裂紋對構件的影響進行預判從而將發生損失的風險降至最低。在斷裂力學問題的分析中應力強度因子人是預判含裂紋構件發生斷裂和裂紋發生擴展速率的首要判據司。獲得應力強度因子的方法大致上可分為解析法、數值法和實驗法。有限元數值法以計算機為平臺利用計算機的計算能力和強大的建模能力可以解決工程中復雜的幾何條件和邊界條件下的實際問題而且有限元法不僅局限于線彈性問題在研究彈塑性斷裂力學、疲勞和蠕變裂紋擴展速率等問題方面也同樣適用已經成為獲得應力強度因子的主要途徑。
本文以有限寬板含雙邊穿透裂紋為研究對象，研究在不同載荷
下、不同板寬下、不同板長下的應力強度因子的計算，并且比較數值解和解析解，畫出比較圖，分析應力強度因子各量的變化趨勢，并分析誤差產生的原因。
第二章 問題描述
斷裂試樣參數： 彈性模量 E ? 210GPa ，泊松比?? 0.3 。
展開 ANSYS Mechanical 2022 新功能：單元、接觸、斷裂力學、并行計算
本期是ANSYS Mechanical 2022 功能更新之單元、接觸、斷裂力學、并行計算。
文末領取學習資料
下面我們看看具體的更新內容：
一、單元部分
增強單元性能加強
面增強單元的彎曲剛度
使用單軸剛度單元進行反向求解
耦合單元的增強
運動副單元增強
二、接觸部分
基于Dual Shape函數的接觸算法
新的自適應小滑移選項
殼-實體組裝件的準確性改進
螺栓預緊支持通用軸對稱單元
網格獨立點焊增強功能
瞬態動力學精度改進：HHT算法
力矩收斂參考值計算穩健性改進
三、斷裂力學
基于應力比率的疲勞裂紋閉合
Paris定律與裂縫閉合效應相結合
應力比率（R）相關的疲勞裂紋擴展規律
靜態裂紋擴展的溫度/時間相關斷裂準則
自適應裂紋初始化/插入
3D界面單元
動態裂紋擴展尺寸控制
四、求解器效率提升
資源預測增強
分布式求解增強
文章篇幅有限
下圖微信掃碼領取完整版學習資料
展開 【11月23-26日 南京】結構斷裂力學與裂紋擴展壽命計算專題培訓
結構斷裂力學與裂紋擴展壽命計算專題培訓
14個實例模型課程中人手一機操作指導
案例01、高壓輸氣管道內壓作用下的表面橢圓裂紋應力強度因子計算
案例02、壓力容器表面任意形狀裂紋的J積分計算
案例03、含V形缺口三點彎曲能量釋放率計算
案例04、三點彎曲PMMA半圓板T應力計算
案例05、軸對稱結構表面裂紋的材料構型力計算
案例06、中心裂紋拉伸作用蠕變過程中的C*積分計算
案例07、基于VCCT技術的粘膠脫粘過程數值計算
案例08、涂層-基體界面裂紋擴展計算
案例09、產品的跌落沖擊連接界面失效計算方法
案例10、三點彎曲平面模型裂紋擴展計算
案例11、三維平板邊裂紋的裂紋擴展計算
案例12、周期對稱循環載荷作用下的裂紋擴展壽命計算
案例13、T型焊接件焊縫表面裂紋的熱-結構耦合應力強度因子計算
案例14、復合材料的分層裂紋擴展
課程差異化
1、專注CAE仿真計算，17年大量的工程案例積累
2、6000多學員反饋、提煉的精選內容與實例，形成的版權課程體系
3、有自己的超算中心，有豐富的項目案例庫
專家團隊
團隊12年專注CAE技術工程應用方法，為客戶提供系統的產品質量提升和優化的技術方案，具備上百例的工程問題解決經驗，熟悉CAE技術應用過程中的難點與關鍵點，團隊提供有價值的CAE技術服務。
課程大綱
時間地點
2018年11月23日-2018年11月26日 南京（第一天報道，上課三天）
培訓費用
3980元/人,住宿可統一安排，費用自理。
展開 中國計算力學大會暨國際華人計算力學大會2018在南京舉行
2018年8月19-22日，中國計算力學大會暨國際華人計算力學大會’2018（CCCM-ISCM2018）在南京國際會議大酒店隆重舉行,700多位來自中國、美國、英國、法國、德國、澳大利亞、新加坡、香港等國家和地區的計算力學專家和學者參加了大會。本次大會得到了國家自然科學基金委員會的大力支持與指導，由中國力學學會、中國力學學會計算力學專業委員會和國際華人計算力學協會主辦，河海大學和江蘇省力學學會承辦。清華大學莊茁教授、浙江大學鄭耀教授和河海大學章青教授為本次大會共同主席。
大會開幕式由中國力學學會計算力學專業委員會副主任委員章青教授主持，河海大學校長徐輝教授致歡迎詞，國際計算力學協會主席廖榮錦教授（WK.Liu）、中國力學學會計算力學專業委員會主任委員莊茁教授和國際華人計算力學協會主席鄭耀教授分別發表了講話。
本次大會安排了17個大會邀請報告，設置了68個專題會場。我國計算力學事業發展的奠基人之一、中國科學院鐘萬勰院士，國際計算力學學會主席、美國西北大學廖榮錦教授（WK.Liu），前任美國計算力學學會主席、美國加州大學圣地亞哥分校陳俊賢教授(JS.Chen)，歐洲科學院、歐洲科學與藝術院、歐洲人文與自然科學院張傳增院士等分別應邀做了大會邀請報告，與會專家學者圍繞“計算力學進展與應用”的前沿與熱點問題進行了深入交流和研討。
會議期間，舉辦了首屆中國力學學會計算力學專業委員會計算力學終身成就獎、第五屆錢令希計算力學獎和第六屆國際華人計算力學協會獎（ICACM）的頒獎儀式。鐘萬勰院士、崔俊芝院士、北京大學袁明武教授和清華大學姚振漢教授獲得了中國力學學會計算力學專業委員會計算力學終身成就獎。浙江大學鄭耀教授獲得了錢令希計算力學獎（成就獎），大連理工大學王博教授獲得了錢令希計算力學獎（青年獎）。
展開 【11月7-8日 北京】基于斷裂力學與損傷力學的失效仿真分析研修班
各有關單位：
隨著工業界對產品研發中提高質量和控制成本的需求日益增加，人們對力學仿真，特別是有限元方法的認識和需求不斷深入，面臨的工程和科學問題也愈加復雜。在科學研究和產品研發過程中，產品可靠性問題日益凸現出來。結構在使用過程中的磨損、斷裂、腐蝕、疲勞、損傷等因素都會影響產品可靠性和壽命。為了幫助廣大工程師和科研人員掌握和理解可靠性的原理、斷裂力學和損傷力學基本理論以及與之相關的力學仿真分析技術，針對各類斷裂損傷問題能夠進行準確、高效的力學建模，并能夠熟練使用通用的有限元軟件，提高工程師和科研人員解決實際非線性力學問題的能力，經中國力學學會產學研工作委員會、中國數字仿真聯盟研究，決定今年11月7—8日在北京舉辦“基于斷裂力學與損傷力學的失效仿真分析研修班”。歡迎廣大有限元愛好者踴躍報名，現將有關事項通知如下：
一、組織機構
主辦單位：中國力學學會產學研工作委員會 中國數字仿真聯盟
會務服務：北京諾維特機械科學技術發展中心
二、主要教學內容
通過系統的理論方法講解、應用經驗分享和技術交流，教授斷裂力學和損傷力學的基本理論和應用背景，基于ABAQUS軟件，講解計算斷裂力學和計算損傷力學的基本方法和技術，培養相關失效仿真分析的專業應用人才，為企業產品可靠性方面的研發和科研院所相關研究工作的深入提供有力的技術支撐。
三、參加對象
1) 對斷裂力學和損傷力學以及ABAQUS軟件有應用需求的各類工程科研人員，包括但不限于企業中從事仿真分析的工程師、設計師，科研院所的力學科研人員，高等院校計算力學研究生和本科生。
2) 對學員知識要求：要有基本的彈性力學、塑性力學、有限元、線性代數的基礎知識，其知識水平應相當于機械類高年級本科生水平，否則會影響培訓效果。
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）
進行這三類不同斷裂型式的試驗，便可測得對應的臨界應力強度因子：KIC、KIIC、KIIIC。
圖3 開裂的三種型式
下面以張開型（I型）為例，說明裂紋尖端應力場與應力強度因子的關系（請見圖4及相應數學公式）：
圖4 裂紋頂端的坐標
根據彈性力學計算，如圖4所示的裂紋頂端o附近的應力場可寫為：
其中，θ，r分別為極坐標的幅角與矢徑；a是裂紋長度。可見r→0時，應力趨于無窮大。KI是I型（即張開型）應力強度因子，是結構形式與載荷的函數。應力強度因子是驅動裂紋擴張的重要參數。
六. 斷裂韌性及其測量方法
材料抵抗裂紋擴展的能力稱為“斷裂韌性”。定量描述材料斷裂韌性好壞的參量稱為斷裂韌度。在斷裂力學誕生之前，測定斷裂韌度的傳統方法是采用帶卻貝V型缺口的沖擊試驗，測量其沖擊斷裂能，斷裂能越高則材料的斷裂韌性越好。在斷裂力學問世后，用斷裂力學定義斷裂韌性更科學。常用的參量有：臨界應力強度因子Kc、臨界積分Jc，還有臨界裂紋張開位移δc。其中Kc適用于線彈性材料，而后二者適用于彈塑性材料。
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.
展開 中國計算力學大會暨國際華人計算力學大會及近場動力學分會召開
中國計算力學大會是我國力學界每兩年一次的綜合性學術盛會，是廣大力學科技工作者學術交流的重要平臺，迄今已舉辦十余屆。國際華人計算力學大會是世界華人力學專家和學者相聚的盛會，旨在促進華人學者展示近年來在計算力學領域取得的最新進展與成就，加強世界華人計算力學工作者的交流，提高中國計算力學工作者在國際學術舞臺中的地位，進一步促進計算力學的發展和工程應用。
中國計算力學大會暨國際華人計算力學大會于2018年8月19日至23日在南京國際會議大酒店成功召開。本次會議由中國力學學會計算力學專業委員會(CACM)、國際華人計算力學協會(ICACM)主辦，河海大學和江蘇省力學學會(JSTAM)承辦。大會得到了計算力學相關領域同仁的熱情響應，有來自中國、美國、英國、法國、澳大利亞、新加坡等國家和地區的700多位計算力學專家和學者參加了本次大會。
會議召開地點：南京國際會議大酒店
南京國際會議大酒店位于南京著名的鐘山風景區內，環境優雅。下圖為鐘山風景區內的美齡宮秋季鳥瞰圖：
會議開幕式由中國力學學會計算力學專業委員會副主任、江蘇省力學學會常務理事章青教授主持，河海大學校長徐輝教授致歡迎詞，國際計算力學協會主席廖榮錦教授、中國力學學會計算力學專業委員會主任莊茁教授、國際華人計算力學協會主席鄭耀教授分別發表講話。
大會開幕式由河海大學章青教授主持：
大會座無虛席：
大會座無虛席：
開幕式期間還進行了第五屆錢令希計算力學獎和第六屆ICACM獎的頒獎儀式。浙江大學鄭耀教授獲得錢令希計算力學成就獎，大連理工大學王博教授獲得錢令希計算力學青年獎。
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關于計算流體力學，你知道多少？ 附計算流體力學從實踐中學習下載
理論分析研究能夠表述參數影響形式，為數值計算和實驗研究提供了有效的指導；試驗是認識客觀現實的有效手段，驗證理論分析和數值計算的正確性；計算流體力學通過提供模擬真實流動的經濟手段補充理論及試驗的空缺。
更重要的是，計算流體力學提供了廉價的模擬、設計和優化的工具，以及提供了分析三維復雜流動的工具。在復雜的情況下，測量往往是很困難的，甚至是不可能的，而計算流體力學則能方便的提供全部流場范圍的詳細信息。與試驗相比，計算流體力學具有對于參數沒有什么限制，費用少，流場無干擾的特點。出于計算流體力學如此的優點，我們選擇它來進行模擬計算。簡單來說，計算流體力學所扮演的角色是：通過直觀地顯示計算結果，對流動結構進行仔細的研究。
計算流體力學在數值研究大體上沿兩個方向發展，一個是在簡單的幾何外形下，通過數值方法來發現一些基本的物理規律和現象，或者發展更好的計算方法；另一個則為解決工程實際需要，直接通過數值模擬進行預測，為工程設計提供依據。理論的預測出自于數學模型的結果，而不是出自于一個實際的物理模型的結果。計算流體力學是多領域較差的學科，涉及計算機科學、流體力學、偏微分方程的數學理論、計算幾何、數值分析等，這些學科的交叉融合，相互促進和支持，推動了學科的深入發展。
CFD方法是對流場的控制方程用計算數學的方法將其離散到一系列網格節點上求其離散的數值解的一種方法。控制所有流體流動的基本定律是：質量守恒定律、動量守恒定律和能量守恒定律。由它們分別導出連續性方程、動量方程（N-S方程）和能量方程。應用CFD方法進行平臺內部空氣流場模擬計算時，首先需要選擇或者建立過程的基本方程和理論模型，依據的基本原理是流體力學、熱力學、傳熱傳質等平衡或守恒定律。
展開 一文帶你了解計算流體力學CFD及其應用領域 附計算流體力學基礎任玉新下載
計算流體力學的發展
計算流體動力學 (Computational Fluid Dynamics) 簡寫為CFD，經過半個世紀的迅猛發展，這門學科已經是相當的成熟了，一個重要的標志就是近幾十年來，各種CFD通用軟件的陸續出現，成為商品化軟件，服務于傳統的流體力學和流體工程領域，如航空、航天、船舶、水利等。隨著CFD通用軟件的性能日益完善，應用的范圍也不斷的擴大，在化工、冶金、建筑、環境等相關領域中也被廣泛應用。
現代流體力學研究方法包括理論分析，數值計算和實驗研究三個方面。這些方法針對不同的角度進行研究，相互補充。理論分析研究能夠表述參數影響形式，為數值計算和實驗研究提供了有效的指導；試驗是認識客觀現實的有效手段，驗證理論分析和數值計算的正確性；計算流體力學通過提供模擬真實流動的經濟手段補充理論及試驗的空缺。
更重要的是，計算流體力學提供了廉價的模擬、設計和優化的工具，以及提供了分析三維復雜流動的工具。在復雜的情況下，測量往往是很困難的，甚至是不可能的，而計算流體力學則能方便的提供全部流場范圍的詳細信息。與試驗相比，計算流體力學具有對于參數沒有什么限制，費用少，流場無干擾的特點。出于計算流體力學如此的優點，我們選擇它來進行模擬計算。簡單來說，計算流體力學所扮演的角色是：通過直觀地顯示計算結果，對流動結構進行仔細的研究。
計算流體力學在數值研究大體上沿兩個方向發展，一個是在簡單的幾何外形下，通過數值方法來發現一些基本的物理規律和現象，或者發展更好的計算方法；另一個則為解決工程實際需要，直接通過數值模擬進行預測，為工程設計提供依據。理論的預測出自于數學模型的結果，而不是出自于一個實際的物理模型的結果。
展開 斷裂力學論文
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