裂紋損傷仿真的案例
一種用LSPP看SPH仿真破碎裂紋等引起材料失效的物理行為引起的體積去除測量方法
在用LSDYNA軟件做裂紋損傷仿真時候，經常需要在后處理中測量刀具切削工件去除的體積為多少，有很多文獻中為了實現這一功能，借助其他外力計算軟件測量，其實是將這一操作復雜化了，實際在LSPP中就可以完美實現這一功能，如下圖所示，類似的測量面積、質量、飛濺的粒子數等都可以實現，操作類似。軟件是新版操作環境，若習慣老界面的設置，按shift＋F11就可以切換到經典環境下。
基于DYNA的含裂隙巖體爆破裂紋及擴展及損傷模擬 ￥48.9
本案例研究了含裂隙巖體爆破中裂紋的擴展及損傷過程，Ls-dyna模擬了爆炸應力波在裂隙巖體中的傳播特性。結果表明:爆破過程中應力波分布不均勻，主要向自由表面傳播閉合型宏觀裂隙阻礙爆炸應力波的傳播，且在裂隙處會止裂，裂紋及損傷會繞過裂隙處，模擬結果如下 ：
圖1 含裂隙巖體爆破裂紋及擴展有限元模型
圖2 含裂隙巖體爆破裂紋及擴展過程
圖3 含裂隙巖體爆破裂紋及等效應力波傳播過程
本案例適用于研究爆炸、沖擊、侵徹動力學的朋友，下面附上該模擬的K文件，大家有疑問可以在私信我，歡迎交流！
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Afgrow損傷容限疲勞裂紋擴展分析軟件
合金彈體侵徹鋼筋混凝土（損傷+裂紋）
04仿真結果
下面結果中，上下兩幅圖片分別為試驗圖片和仿真結果，經過參數的調試和確認，使仿真結果逐步和真實的試驗狀態逼近。
05仿真動畫
彈體穿透混凝土靶板后所形成的裂紋形態。
內部鋼筋網的變形和應力狀態
混凝土損傷云圖如下
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【EDF開源CAE案例】Code_Aster對汽輪機套環的疲勞損傷與裂紋擴展模擬
Code_Aster是法國電力集團（EDF）研發的一款開源有限元仿真軟件，適用于固體力學、熱學和聲學等物理現象，具體細分為靜力學、動力學、土-結構相互作用、流固耦合、傳熱學等方面的仿真分析，具備廣闊的應用場景。Code_Aster通過核工業認證，滿足法國核安全局和英國核監管部門要求，在各工業領域尤其是能源電力領域有大量的工程和研發應用案例。
01
研究背景
汽輪機是核電站常規島中最關鍵的設備之一，負責將二回路水蒸氣的熱能轉化為機械能。而套環是汽輪機的一種鋼制旋轉件，安裝在轉子軸的兩端，用于固定感應器繞組的線圈頭，正常運行工況下，不僅需要承擔部分汽輪機的自重載荷，還需承受汽輪機葉片轉動過程產生的高溫和機械振動（1500轉每分鐘）。
基于這種情況，細小的缺陷也很可能導致汽輪機發生故障，最終造成停堆。由于汽輪機運行工況的周期性特點，汽輪機套環易發生疲勞損傷現象，從而導致套環產生細微裂紋，或是導致已有的裂紋擴展。
法國電力公司為了評估套環的安全性和生命周期，使用Code_Aster的疲勞計算模塊進行了靜力加載的裂紋擴展分析和循環加載的疲勞裂紋擴展分析。
02
理論基礎—斷裂和疲勞擴展的原理
斷裂的基本類型有三種：
張開性裂紋（Ⅰ型）
滑開型裂紋（Ⅱ型）
撕開型裂紋（Ⅲ型）
材料和結構的斷裂與否常由應力強度因子（Facteurs d‘intensité de contraintes）與材料的標準臨界值K c對比來判斷，而Ⅰ型裂紋在實際工程應用是最容易斷裂的裂紋類型。
展開 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。
展開 基于Matlab的流固耦合，水力壓裂-損傷，裂紋擴展程序，全代碼 ￥299
Fluid-driven transition from damage to fracture in anisotropic porous media: a multi-scale XFEM approach 論文內容100%重現
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）
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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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基于LS-DYNA流固耦合法下的雙孔爆破裂紋損傷擴展模擬（附k文件） ￥18.8
與單孔爆破相比，雙孔爆破中爆破沖擊波的傳播規律和巖體的損傷裂紋擴展過程更為復雜。有限元分析(FEM)在目前的數值分析方法中占據主導地位。本案例基于動態分析軟件LS-DYNA和langange - ale流固耦合算法。采用數值模擬方法研究了爆破沖擊波在巖石介質中的傳播規律以及爆破對爆破孔周圍巖體振動的影響。模擬結果如下：
圖1 雙孔爆破有限元模型
圖2 炮孔周圍網格局部放大
圖3 雙孔爆破巖石裂紋擴展
圖4 雙孔爆破巖石損傷動態展示
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展開 基于XFEM的裂紋擴展仿真過程詳解和仿真經驗交流（一） ￥5
研究結構裂紋擴展和疲勞壽命已經有了一段時間，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，而且各執其詞，這會使得許多初學者產生誤解（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的研究工作。在學習了網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的靜態裂紋參數計算
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問題上的仿真方面，其前處理建模和求解部分更加優秀，但是后處理部分比較困難，有些參數沒辦法通過軟件直接輸出，需要進行二次開發，后處理部分目前我做的還不是很好將在優化之后另作說明。
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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裂紋參數，靜態裂紋必須三維，靜態裂紋必須三維，靜態裂紋必須三維，重要的事說三遍。
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基于XFEM的裂紋擴展仿真過程詳解和仿真經驗交流（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 鋼裂紋磁通密度測量仿真計算 ￥1000
本案例構建了一電磁結構設備，用于測量帶有裂紋的鋼結構的測通密度，建立的結構模型如圖1所示：
圖1 幾何模型
基于COMSOL軟件的電磁場分析模塊，模擬得到了帶有多條裂紋的鋼圓柱體結構的磁通密度模，模擬結果如下圖所示：
該方法和模型可用于進行結構的缺陷檢測，歡迎交流模型！
裂紋轉子仿真
裂紋轉子仿真
基于FE-SPH耦合的算法采用ANSYS/LSDYNA仿真磨粒磨削硬脆材料的裂紋仿真方法總結 ￥9.99
30angle 裂紋云圖
30angle 沿深度方向的裂紋分布云圖
調試許久的金剛石磨粒磨削硬脆材料引起的裂紋延伸擴展云圖終于有了一定的進展，紀念一下。2021-12-7.
