三維裂紋仿真的案例
新一代三維斷裂疲勞擴展仿真軟件介紹——alof
公司開發(fā)了新一代三維裂紋擴展仿真與分析軟件ALOF，該軟件以目前最先進的裂紋擴展算法XFEM為基礎，利用具有自主知識產權的虛節(jié)點法（Virtual Node Method，VNM），變革了過去幾十年在裂紋擴展分析中的“根據裂紋面切割網格”技術，實現了設備模型與裂紋模型的單獨建模，復雜結構中裂紋的高效率、高精度動態(tài)擴展仿真，并可以方便地得到裂紋擴展過程中的各種斷裂參量（如K、J和G等）。
ALOF軟件兩大關鍵技術
關鍵技術一 XFEM技術
XFEM是由美國西北大學的計算力學泰斗Belytscho院士于1999-2006年提出并完善的技術。通過XFEM技術實現了裂紋獨立于設備模型網格，使得裂紋擴展過程無需考慮網格形狀與走向，具有劃時代意義。
關鍵技術二 VNM技術
擁有自主知識產權的VNM技術實現了裂紋尖端區(qū)域網格的自動局部加密。
裂紋尖端有奇異的應力場，需要劃分足夠細小的網格才能達到足夠的分析精度。采用傳統的全局加密方式，有限元模型規(guī)模龐大，VNM技術實現了裂紋尖端區(qū)域網格的自動局部加密，大大減小了模型規(guī)模，提高了運算效率。
功能列表
ALOF擁有獨立的前處理器、內核求解器和后處理器，提供主流CAD、CAE軟件接口，不但可以進行傳統的彈塑性分析，還可以進行二維、三維裂紋擴展的仿真和分析。公司還可以針對不用行業(yè)對于裂紋計算的特殊需求進行專門的軟件開發(fā)。
展開 ALOF三維裂紋擴展仿真實例——門式起重機主梁的角焊縫分析
ALOF含缺陷設備的軟件安全評定計算軟件——門式起重機主梁的角焊縫分析
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(qū)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(fā)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(qū)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5所示。
(a) 導入二維CAD模型 (b) 生成平面網格模型 (c)拉伸得到實體網格模型
圖4.角焊接區(qū)建模過程
2、計算結果展示
圖 5.角焊接處裂紋擴展結果展示
圖6.動態(tài)裂紋擴展過程gif
3、確定檢修周期。
(a) 安全系數與疲勞次數關系曲線 (b)裂紋擴展量和疲勞次數關系曲線
圖7.疲勞次數分析結果
由圖可知，該裂紋在應力循環(huán)1.4百萬次以后，安全系數急劇變小，疲勞次數也趨于一極限值，此時結構將發(fā)生破壞，而裂紋擴展前十步的疲勞次數達到總壽命的95%以上，故取該疲勞次數來確定檢修周期，根據國內外實踐經驗通常取疲勞擴展次數的十分之一作為檢修周期，所以該設備的檢修周期為：
檢修周期=1.46百萬次÷每日使用次數200÷一年365天÷保守系數10=2年
展開 三維靜態(tài)邊緣裂紋 ￥10
輸入名稱作為“裂紋”，“建模空間”為3D平面，“類型”為“可變形”，“基礎特征”為“殼體”，“類型”為“擠出”，“近似大小”為5。單擊“繼續(xù)”。
2.從（-2,0）到（-1,0）畫一條線。單擊完成。輸入4作為深度。單擊確定。
3.展開部件，然后雙擊實例。選擇裂紋。通過單擊確定接受默認設置。
4.雙擊交互。單擊取消。從頂部菜單中單擊特殊，然后單擊裂紋，然后單擊創(chuàng)建。名稱為EdgeCrack，類型為XFEM。單擊繼續(xù)。選擇未破解的域作為“破解域”。在出現的菜單上，通過單擊表示裂紋的線來指定裂紋位置。單擊確定。
5.雙擊交互。輸入名稱作為增長。選擇初始步驟和類型作為XFEM裂紋擴展。單擊繼續(xù)。XFEM Crack應該具有EdgeCrack。單擊確定。
創(chuàng)建邊界條件和載荷
1.雙擊步驟。輸入名稱作為加載。接受默認設置，然后單擊繼續(xù)。接受默認設置，然后單擊確定。
2.雙擊負載。輸入名稱作為TopPressure，類別是機械，類型是壓力。單擊繼續(xù)。選擇域的頂面。單擊完成。輸入-1作為Magnitude，其他設置為默認設置。單擊確定。
3.對域的底部重復步驟2，輸入名稱為BottomPressure。
4.雙擊BC。輸入名稱為FixedBREdge，步驟為初始，類別為機械，所選步驟的類型為位移/旋轉。單擊域的右下角。單擊完成。將U1，U2和UR3設置為零。單擊確定。
5.對域的右上角重復步驟4。輸入名稱為RollerTREdge。將U1和UR3設置為零。
6.展開字段輸出請求，雙擊F-Output-1。展開“失效/破裂”選項，并選中“ PHILSM”，“水平設置值phi”旁邊的框。單擊確定。這將允許您查看定義裂縫的水平設置功能。
解決方程組
1.雙擊Jobs。輸入名稱作為EdgeCrack3D。單擊繼續(xù)。通過單擊確定接受默認設置。
2.展開作業(yè)。
展開 三維復合材料CT試樣裂紋擴展模擬 ￥20
關于X-FEM：
X-FEM可以與兩種方法結合使用：
-內聚區(qū)模型（基于X-FEM的內聚行為）
-虛擬裂紋閉合技術（基于X-FEM的LEFM方法）
在本教程中，將使用以上兩種方法。基于X-FEM的內聚行為適合于對延性材料的破壞進行模擬（90°層中的基體破壞），而基于LEFM方法的X-FEM適合于對脆性材料的破壞進行模擬（0°層中的纖維破壞）。
2.初始裂紋位置
3.基于材料cohesive行為的XFEM定義（90°層中的基體破壞、延性）
定義屬性：
材料屬性賦予部件（是中間的3個cell）
定義方向：
定義XFEM（中間三個cell）
3.基于線彈性斷裂力學的XFEM定義（0°層中的纖維破壞、脆性）
定義XFEM（前面三個cell）定義XFEM（后面三個cell）
4.控制輸出
5. 修改常規(guī)解決方案控件以改善收斂行為
展開 
workbench三維裂紋
workbench三維裂紋
基于XFEM的裂紋擴展仿真過程詳解和仿真經驗交流（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(fā)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(fā)生擴展、每個cycle裂紋都會擴展一次等。
展開 Abaqus擴展有限元法計算三維裂紋的擴展Step by Step ￥3
Abaqus擴展有限元法計算三維裂紋的擴展-01-20.pdf
ABAQUS計算三維孔邊角裂紋應力強度因子的實例模型 ￥15
通過ABAQUS，可以計算三維角裂紋的應力強度因子。本實例中對平板孔邊的三維角裂紋進行了模擬。
seam及crack定義如下圖：
網格如下圖：
計算后的位移云圖如下：
對裂尖進行放大觀察：
本實例的難點在于孔邊三維角裂紋的模型的建立，需要經過一系列的布爾操作（merge/cut）得到。
相應的應力強度因子可以在提交job計算完成后，到dat文件中找到。
詳細的模型可參考附件。
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（應力強度因子或j積分），并根據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，裂紋尖端周圍的網格自適應細化。
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三維靜態(tài)內埋圓形裂紋 ￥15
輸入名稱作為“裂紋”，“建模空間”為“ 3D平面”，“類型”為“可變形”，“基礎特征”為“外殼”，“類型”為“平面”，“近似大小”為5。單擊“繼續(xù)”。
2.繪制一個圓，中心為（0,0），半徑為5。單擊“完成”。
3.展開部件，然后雙擊實例。選擇裂紋。通過單擊確定接受默認設置。
4.在視口左側的菜單下，單擊翻譯實例。選擇裂紋。單擊完成。初始向量為（0,0,0），第二向量為（0,0,2）。單擊確定。
5.展開裝配，實例。右鍵單擊“裂紋”，然后單擊“抑制”。
6.雙擊設置。名稱為域。類型是元素。單擊繼續(xù)。選擇所有元素。單擊完成。
7.展開程序集，然后展開實例。右鍵單擊“裂紋”，然后單擊“繼續(xù)”。右鍵單擊“實心”，然后單擊“抑制”。
8.雙擊交互。單擊取消。從頂部菜單中單擊特殊，然后單擊裂紋，然后單擊創(chuàng)建。名稱為Penny，類型為XFEM。單擊繼續(xù)。選擇先前創(chuàng)建的集作為“裂紋域”。在出現的菜單上，通過單擊與裂紋相對應的平面線段來指定裂紋位置。單擊確定。
9.展開Assembly，然后是Instances。右鍵單擊Solid，然后單擊Resume。
創(chuàng)建邊界條件和載荷
1.雙擊步驟。輸入名稱作為加載。接受默認設置，然后單擊繼續(xù)。接受默認設置，然后單擊確定。
2.雙擊負載。輸入名稱作為TopPressure，類別是機械，類型是壓力。單擊繼續(xù)。選擇域的頂面。單擊完成。輸入-1作為Magnitude，其他設置為默認設置。單擊確定。
3.對域的底部重復步驟2，輸入名稱為BottomPressure。
4.創(chuàng)建三組邊界條件。
展開 爆破裂紋擴展CAE仿真（蛛網式裂紋）
一、仿真背景
爆轟產物膨脹破巖。炸藥爆炸會產生極大壓力，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生徑向移動，因自由面的存在，附近巖體產生不一樣的位移量，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生許許多多徑向裂隙。徑向裂隙產生后，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生反射；部分爆炸應力波繼續(xù)向上傳播，因淺孔處產生新的自由面，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，請聯系我們！
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abaqus2020-三維-顯示分析-通用接觸或接觸對接觸-單元刪除法模擬裂紋，單元穿透問題！！
1 abaqus2020-三維-顯示分析-單元刪除法模擬裂紋，僅采用通用接觸時，模型中出現明顯穿透，結果不合理！
2 abaqus2020-三維-顯示分析-單元刪除法模擬裂紋，僅采用接觸對接觸時，模型中出現少許穿透，結果相對合理，但不是最理想狀態(tài)！
3 abaqus2020-三維-顯示分析-單元刪除法模擬裂紋，同時采用通用接觸+接觸對接觸時，模型中無明顯穿透，結果合理！
COMSOL三維隨機裂紋 裂縫模型 隨機裂隙 隨機纖維建模
在COMSOL中可采用CAD模型導入的方式實現隨機裂紋或是纖維材料的建模。首先需要在CAD內生成所需的三維纖維模型，這里用到了CAD_隨機纖維3D插件。模型建立如下圖所示。注意這里的纖維采用的是線，而非實體。
將長方體基體導出為.sat文件，同時將刪除基體后的線狀纖維另存為.dwg文件。
打開COMSOL軟件，在幾何菜單下選擇導入三維CAD文件，選擇剛剛保存的.dwg文件，并將要導入的對象更改為曲線和點，可選擇合并曲線對象。構建對象，這樣三維的線就導入到COMSOL軟件內了。
下一步我們將長方體的基體材料也導入到COMSOL內，其實這一步也可以在COMSOL中直接建模完成。還是選擇導入，選擇剛剛保存的.sat文件，在這里要導入的對象需要選擇實體。
到這一步纖維跟基體就全部導入到COMSOL內了。
如果想再COMSOL內模擬線性的裂縫，需要將基體進行分割操作，選擇布爾操作和分割-差集。要添加的對象選擇基體，要減去的對象選擇纖維。
構建對象后，基體材料就被纖維分割完成，形成了基體內的線狀裂縫。
后面進行網格剖分分析等，可根據自己的要求進行。
最后看一下GIF效果圖：
在建模過程中所采用的AutoCAD插件可以在這里下載得到：
CAD_隨機纖維3D插件
如需2D版本可通過下面鏈接下載：
CAD隨機纖維2D插件
展開 三維裂紋（疲勞或非疲勞）軟件Franc3d問題提問及解答專區(qū)
因為我自己或者大家都會有一些關于Franc3d的問題，歡迎大家在下面提問或解答。從而提高效率或促進交流。
Abaqus 三維鉆孔仿真案例教學 ￥29.99
<h2>1、 引言</h2><p>本教學圍繞機械加工中的鉆孔工藝，借助 Abaqus 有限元分析軟件開展三維鉆孔過程仿真建模實踐教學。課程以常見鉆孔工況為研究對象，系統講解從幾何建模、材料定義、網格劃分到載荷施加及結果分析的全流程操作，旨在讓學員掌握：</p><p>? 三維鉆孔模型的合理簡化與參數化建模技巧</p><p>? 鉆孔過程中材料本構關系與斷裂準則的實際應用方式</p><p>? 網格劃分在鉆孔仿真大變形場景中的優(yōu)化手段</p><p>? 鉆孔力、溫度場及孔壁質量等關鍵物理量的提取與分析技巧</p><h2>2、 幾何模型與材料參數</h2><h3>（1） 模型構建：</h3><p>本教學涉及的部件模型均通過 SolidWorks 軟件完成建模并導入分析環(huán)境。由于課程重點在于方法傳授，因此不詳細闡述部件建模的具體操作，主要圍繞導入后的仿真分析流程進行深入拆解與演示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202508/854d5227c538aa4ae948a58feff022ae.png"></p><p>圖1鉆頭部件</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202508/42efbdf7cd12217f384fc2f65c1a2cf7.png"></p><p>圖2 待鉆孔金屬板材</p><h3>（2） 材料屬性：</h3><p>定義鉆頭部件和待鉆孔金屬板材的熱物理參數（如導熱系數、比熱容、熱膨脹系數）與力學參數（如彈性模量、泊松比），考慮材料屬性隨溫度的非線性變化。
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