斷裂力學 多晶體的案例
ABAQUS多晶體材料斷裂模型
多晶體材料的斷裂研究有助于深入了解材料在微觀尺度下的力學行為，包括裂紋如何形成、擴展以及停止，這對于發(fā)展和完善固體力學和斷裂力學理論至關重要。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)基于Voronoi建立多晶體材料晶粒及晶界模型，并進行多晶材料的斷裂模擬。
多晶材料晶粒及晶界模型采用CAD Voronoi V3 多圖層版生成，插件可將不同組分的晶粒在CAD內(nèi)進行分圖層繪制，可控制晶粒占比參數(shù)，以精確建立多晶體模型。
在AutoCAD內(nèi)將不同成分的晶粒分別另存為dxf格式文件，并導入到ABAQUS建立草圖，利用草圖建立多組晶粒及晶界部件，本案例中，共建立了五種不同的晶粒。
新建荷載施加裝置，并與多晶體模型裝配為整體，同時對不同組分的晶粒及晶界設置材料。由于本案例研究多組分晶粒模型的斷裂情況，因此不同組分的晶粒設置了不同的損傷破壞材料參數(shù)。
設置加載塊及支座與試件間的接觸。
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將下部支座固定，上部施加豎向位移，完成載荷的設置。
進行網(wǎng)格劃分。
建立作業(yè)提交計算并查看多晶模型的開裂結(jié)果。
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(guī)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(shù)力學人在這個問題上孜孜以求，從破壞結(jié)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(xù)介質(zhì)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(nèi)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(fā)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(jù)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(chuàng)，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 COMSOL多晶體Voronoi泰森多邊形晶體取向力學分析
將構建好的Voronoi多晶體幾何模型文件導入到COMSOL內(nèi)，構建好晶體結(jié)構模型后，進行材料賦值操作，這里采用了三種不同的晶格材料＋一種晶格邊界。
這四種材料楊氏模量E的關系為：晶格邊界<<藍色<<黃色<灰色，其中藍色材料的楊氏模量比黃色小一個數(shù)量級，黃色比灰色小一倍，由此來區(qū)分不同晶格取向上的力學性能的差異。
對Voronoi晶體模型進行網(wǎng)格劃分后，進行簡單的單軸壓縮模擬，并生成應力分布圖。
通過應力圖可以看出，應力大的位置主要出現(xiàn)在楊氏模量更大的灰色晶格上，這與一般的力學常識相一致。同時可發(fā)現(xiàn)較大的晶格邊界應力，這將導致晶格間的劈裂。
同時進行同取向晶體單一材料模擬對比分析，應力圖如下：
同材料Voronoi晶體的軸壓試驗中，不同晶格之間的應力無明顯差異性，無晶格取向的晶體力學性能更趨向于各項同性材料，因此多晶結(jié)構的差異主要在于晶體取向的不同。
展開 CAE工程師必學：斷裂力學的一些知識點 附斷裂力學中的數(shù)值計算方法及工程應用下載
斷裂力學是近幾十年才發(fā)展起來了的一門新興學科，主要研究承載體由于含有一條主裂紋發(fā)生擴展（包括靜載及疲勞載荷下的擴展）而產(chǎn)生失效的條件。斷裂力學應用于各種復雜結(jié)構的分析，并從裂紋起裂、擴展到失穩(wěn)過程都在其分析范圍內(nèi)。由于它與材料或結(jié)構的安全問題直接相關，因此它雖然起步晚，但實驗與理論均發(fā)展迅速，并在工程上得到了廣泛應用。斷裂力學研究的方法是：從彈性力學方程或彈塑性力學方程出發(fā)，把裂紋作為一種邊界條件，考察裂紋頂端的應力場、應變場和位移場，設法建立這些場與控制斷裂的物理參量的關系和裂紋尖端附近的局部斷裂條件。
國內(nèi)外相關研究現(xiàn)狀
目前，斷裂力學總的研究趨勢是：從線彈性到彈塑性；從靜態(tài)斷裂到動態(tài)斷裂；從宏觀微觀分離到宏觀與微觀結(jié)合；從確定性方法到概率統(tǒng)計性方法。所以就斷裂力學本身而言，根據(jù)研究的具體內(nèi)容和范圍，它又被分為宏觀斷裂力學（工程斷裂力學）和微觀斷裂力學（屬金屬物理范疇）。宏觀斷裂力學又可分為彈性斷裂力學（它包括線性彈性斷裂力學和非線性彈性斷裂力學）和彈塑性斷裂力學（包括小范圍屈服斷裂力學和大范圍屈服斷裂力學及全面屈服斷裂力學）。工程斷裂力學還包括疲勞斷裂、蠕變斷裂、腐蝕斷裂、腐蝕疲勞斷裂及蠕變疲勞斷裂等工程中重要方面。如今在斷裂力學研究方法中，又引入可靠性理論，稱為概率斷裂力學，使斷裂力學的研究內(nèi)容更加豐富，也使斷裂力學的理論得到進一步的發(fā)展和完善，并在工程實際中發(fā)揮出越來越大的指導作用。
1.
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(yè)界對產(chǎn)品研發(fā)中提高質(zhì)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(chǎn)品研發(fā)過程中，產(chǎn)品可靠性問題日益凸現(xiàn)出來。結(jié)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(chǎn)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(jīng)中國力學學會產(chǎn)學研工作委員會、中國數(shù)字仿真聯(lián)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(xiàn)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(chǎn)學研工作委員會 中國數(shù)字仿真聯(lián)盟
會務服務：北京諾維特機械科學技術發(fā)展中心
二、主要教學內(nèi)容
通過系統(tǒng)的理論方法講解、應用經(jīng)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(yǎng)相關失效仿真分析的專業(yè)應用人才，為企業(yè)產(chǎn)品可靠性方面的研發(fā)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(yè)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(shù)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(jié)構低應力破壞的金鑰匙（轉(zhuǎn)載自正脈CAE技術平臺）
斷裂力學是固體力學的一個分支，人們說“斷裂力學是破解結(jié)構低應力破壞的金鑰匙”。這里，我們就來談談斷裂力學發(fā)展過程中的一些趣事吧。
一. “彗星號”大型客機失事慘劇促發(fā)斷裂力學的誕生
1954年1月10日，一架英國海外航空公司（BOAC）的一架“彗星”1型客機（航班編號781號）從意大利羅馬起飛，飛往目的地是英國倫敦。飛機起飛后26分鐘，機身在空中解體，墜入地中海，機上所有乘客和機組人員全部遇難。這次事故震驚了全世界，英國成立了專門的調(diào)查組調(diào)查事故。該型客機停飛兩個月。
就在英國海外航空公司總裁保證該機型不會再出事并復飛后不久，另一架“彗星”型客機也發(fā)生了同樣的空中解體事故，墜毀在意大利那不勒斯附近海中。在此一年的時間里，共有3架“彗星”型客機在空中先后解體墜毀。此慘劇令當時英國為之驕傲的“彗星號”大型客機（參見圖1）壽終正寢，也促發(fā)了科學家研究低應力斷裂的“裂紋力學”，此即斷裂力學誕生的由來。
圖1 “彗星號”大型民航客機
對事故的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，“彗星”客機采用的是方形舷窗。經(jīng)多次起降后，在方形舷窗拐角（直角）處會出現(xiàn)金屬疲勞導致的裂紋（裂隙）。正是這個小小的裂紋引起了災難事故。后來，所有客機舷窗均采用圓形或設計有很大的圓角，以減小應力集中，提高金屬疲勞強度；延緩疲勞裂紋的發(fā)生，此系后話。
進一步研究證明，裂紋的存在，引起飛機結(jié)構發(fā)生低應力破壞，通行的設計準則遇到極大挑戰(zhàn)。這個研究孕育了斷裂力學的誕生，并促進了其快速發(fā)展。到1957年，美國科學家歐文（G.R.Irwin）提出應力強度因子的概念，從此線彈性斷裂力學基本建立起來。斷裂力學誕生并用于結(jié)構設計后，源于裂紋引發(fā)的災難事故大大減少，可見斷裂力學是破解結(jié)構低應力破壞的金鑰匙。
二.
展開 斷裂力學論文
鋼結(jié)構吊車梁疲勞動態(tài)可靠度研究.pdf
裂紋幾何特征對壓剪復合斷裂的影響分析.pdf
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斷裂力學（Fracture Mechanics）
發(fā)現(xiàn)一本關于斷裂力學的好書，在此分享給大家。
作者非常貼心的制作了該書的電子版網(wǎng)站（可能需要翻墻才能訪問）。
ABAQUS的斷裂力學工程應用
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斷裂力學介紹
斷裂力學所說的裂紋是指宏觀的、肉眼可見的裂紋，工程材料中的各種缺陷可近似地看作裂紋。基本研究內(nèi)容包括：
a) 裂紋的起裂條件；
b) 裂紋在外部載荷和（或）其他因素作用下的擴展過程；
c) 裂紋擴展到什么程度物體會發(fā)生斷裂。
根據(jù)工程方面的需要，可知斷裂力學研究問題分為三個方面：
① 含裂紋的結(jié)構在什么條件下破壞？
② 結(jié)構在給定載荷下可允許含有的裂紋大小？
③ 在裂紋和載荷條件確定時，結(jié)構的壽命是多少？
斷裂力學是研究含裂紋構件強度與壽命的一門固體力學新分枝，是結(jié)構損傷容限設計的理論基礎。從材料特定來看，包括兩類斷裂力學：
a) 線彈性斷裂力學：適用于裂紋尖端附近小范圍屈服的情況；
b) 彈塑性斷裂力學：適用于裂紋尖端附近大范圍屈服的情況。
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斷裂力學的學習資料
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斷裂力學應用實例
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斷裂力學應用實例.part1.rar
斷裂力學應用實例.part2.rar
斷裂力學應用實例.part3.rar
斷裂力學實例
斷裂力學實例
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準靜態(tài)力學的斷裂失效仿真 ￥100
對于結(jié)構件受拉壓彎扭后發(fā)生的斷裂失效，如果采用靜力學分析方法，會得到應力分布，但無論外力多大都無法觀察到斷裂效果。雖然采用動力學分析方法可以實現(xiàn)斷裂效果，但時間步長較小而求解時間長導致求解效率低。所以提出一種基于準靜態(tài)力學的斷裂失效的仿真方法。
斷裂力學參數(shù)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。
