熱裂紋擴(kuò)展的案例
基于Comsol固體力學(xué)相場(chǎng)法模擬焊點(diǎn)熱應(yīng)力裂紋擴(kuò)展
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學(xué)耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p> 微電子元件是冷卻系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于反復(fù)接通和斷開電源，微電子元件受到熱循環(huán)的作用，焊點(diǎn)處會(huì)出現(xiàn)裂紋，斷開了芯片與印刷電路板的連接，使微電子元件失去其操作功能。</p><p> 本例基于“非線性結(jié)構(gòu)材料模塊”中的模型“焊點(diǎn)的黏塑性蠕變”、基于相場(chǎng)的損傷，耦合溫度場(chǎng)對(duì)單個(gè)焊點(diǎn)進(jìn)行仿真分析，分析焊點(diǎn)在極端熱循環(huán)下的裂紋萌生和擴(kuò)展情況。</p><p> </p><div contenteditable="false" width="100%"><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202109/c03555933668420082284eb58bcf3090.gif" title="Untitled.gif" alt="Untitled.gif" style="max-width: 760px; width: 536px; height: 310px;" width="536" height="310" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202109/c03555933668420082284eb58bcf3090.gif?
展開 基于智能裂紋擴(kuò)展方法在CT樣本中進(jìn)行裂紋擴(kuò)展傳播仿真 ￥5
裂紋擴(kuò)展模擬一直是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的一個(gè)難題。Ansys機(jī)械提供分離變形和自適應(yīng)重網(wǎng)格
模擬脆性材料裂紋擴(kuò)展的SMART技術(shù)。SMART裂紋擴(kuò)展方法自動(dòng)評(píng)估裂紋尖端的斷裂參數(shù)（應(yīng)力強(qiáng)度因子或j積分），并根據(jù)用戶定義的臨界值進(jìn)行檢查。該算法還計(jì)算了滿足裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則時(shí)的裂紋擴(kuò)展角。隨著裂紋的擴(kuò)展，裂紋尖端周圍的網(wǎng)格自適應(yīng)細(xì)化。
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基于XFEM的裂紋擴(kuò)展仿真過程詳解和仿真經(jīng)驗(yàn)交流（二）（包括直接循環(huán)載荷步疲勞裂紋擴(kuò)展分析） ￥20
#############################還是先上個(gè)圖吧#################################
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圖0 疲勞裂紋擴(kuò)展應(yīng)力云圖
圖00 疲勞裂紋擴(kuò)展phi
圖000 疲勞裂紋擴(kuò)展a-N曲線圖
###基于Paris公式的低周疲勞裂紋擴(kuò)展仿真###
首先再次再次再次強(qiáng)調(diào)，基于Paris的裂紋擴(kuò)展仿真必須要預(yù)制裂紋，也就是說該方法只能用于模擬裂紋的擴(kuò)展過程，而不能用于裂紋的萌生過程。
（1） 建立part：plate和crack
（2） 定義材料屬性、截面屬性和賦予截面屬性：E = 2e5， μ = 0.33，只給plate賦予截面屬性
（3） 幾何裝配：建模和裝配中的一些注意事項(xiàng)見貼（一），尤其是后面的網(wǎng)格劃分問題，有可能就會(huì)導(dǎo)致所有設(shè)置都沒問題但是裂紋根本不擴(kuò)展，當(dāng)然，裂紋死活不擴(kuò)展的可能原因有很多，我發(fā)現(xiàn)的只是其中一個(gè)。
（4） 模型劃分
（5） 設(shè)置相互作用（定義裂紋）：前面提過，ABAQUS裂紋仿真靜態(tài)裂紋參數(shù)計(jì)算和裂紋擴(kuò)展只能二選一，而且裂紋參數(shù)計(jì)算只能用于三維模型，因此這里默認(rèn)為裂紋發(fā)生擴(kuò)展。注意：這里最好要定義接觸條件，不然后面的關(guān)鍵詞你不知道寫在哪，那樣更麻煩。
展開 焊接熱裂紋、再熱裂紋、冷裂紋、層狀撕裂，這些你都了解嗎？
這種裂紋并不常見，其防治措施可以向焊縫中加入提高多邊化激化能的元素如Mo、W、Ti等。
02
再熱裂紋
通常發(fā)生于某些含有沉淀強(qiáng)化元素的鋼種和高溫合金（包括低合金高強(qiáng)鋼、珠光體耐熱鋼、沉淀強(qiáng)化高溫合金，以及某些奧氏體不銹鋼），他們焊后并未發(fā)現(xiàn)裂紋，而是在熱處理過程中產(chǎn)生了裂紋。再熱裂紋產(chǎn)生在焊接熱影響區(qū)的過熱粗晶部位，其走向是沿熔合線的奧氏體粗晶晶界擴(kuò)展。
防治再熱裂紋從選材方面，可以選用細(xì)晶粒鋼。在工藝方面，選用較小的線能量，選用較高的預(yù)熱溫度并配合以后熱措施，選用低匹配的焊接材料，避免應(yīng)力集中。
03
冷裂紋
主要發(fā)生在高、中碳鋼、低、中合金鋼的焊接熱影響區(qū)，但有些金屬，如某些超高強(qiáng)鋼、鈦及鈦合金等有時(shí)冷裂紋也發(fā)生在焊縫中。一般情況下，鋼種的淬硬傾向、焊接接頭含氫量及分布，以及接頭所承受的拘束應(yīng)力狀態(tài)是高強(qiáng)鋼焊接時(shí)產(chǎn)生冷裂紋的三大主要因素。焊后形成的馬氏體組織在氫元素的作用下，配合以拉應(yīng)力，便形成了冷裂紋。他的形成一般是穿晶或沿晶的。冷裂紋一般分為焊趾裂紋、焊道下裂紋、根部裂紋。
防治冷裂紋可以從工件的化學(xué)成分、焊接材料的選擇和工藝措施三方面入手。應(yīng)盡量選用碳當(dāng)量較低的材料；焊材應(yīng)選用低氫焊條，焊縫應(yīng)用低強(qiáng)度匹配，對(duì)于高冷裂傾向的材料也可選用奧氏體焊材；合理控制線能量、預(yù)熱和后熱處理是防治冷裂的工藝措施。
在焊接生產(chǎn)中由于采用的鋼種、焊接材料不同，結(jié)構(gòu)的類型、鋼度，以及施工的具體條件不同，可能出現(xiàn)各種形態(tài)的冷裂紋。然而在生產(chǎn)上經(jīng)常遇到的主要是延遲裂紋。
展開 
裂紋及其裂紋擴(kuò)展的幾種形式
而裂紋擴(kuò)展主要考察的是窄縫，并且有尖端的情況下在窄縫受到兩側(cè)力的作用，在其尖端產(chǎn)生大的應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到破壞強(qiáng)度的情況下，裂紋繼續(xù)向前擴(kuò)展，然后尖端應(yīng)力會(huì)下降，之后將停止擴(kuò)展，結(jié)果可以查看裂紋擴(kuò)展的距離和應(yīng)力變化過程，目前ANSYS Workbench可以完成的裂紋擴(kuò)展有以下幾種
1.bond接觸開裂擴(kuò)展裂紋，沿著bond的線開裂，結(jié)果如下圖所示，可以2D可以3D
2.尖端裂紋自由smart擴(kuò)展裂紋，采用靜力單次擴(kuò)展，擴(kuò)展方向未知
3.尖端裂紋表面橢圓方式裂開，表面裂紋開裂
以上為裂紋擴(kuò)展的一些方式，具體操作有很多種，而且大部分操作都不容易成功，很多情況都會(huì)報(bào)錯(cuò)，需要細(xì)細(xì)體會(huì)其用法。
展開 爆破裂紋擴(kuò)展CAE仿真（蛛網(wǎng)式裂紋）
徑向裂隙產(chǎn)生后，爆生氣體進(jìn)一步泄放，裂隙繼續(xù)延伸擴(kuò)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(jiǎn)介
本例為2維爆破仿真模型，淺孔自由面垂直向上，應(yīng)力波首先傳播至表面，淺孔爆破會(huì)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(yīng)力波傳播至分界處產(chǎn)生反射；部分爆炸應(yīng)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(yīng)力波沿淺孔方向向上傳播
四、仿真動(dòng)畫（手機(jī)APP用戶要點(diǎn)擊圖片才能看到動(dòng)畫哦）
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展開 ABAQUS裂紋尖端應(yīng)變、裂紋擴(kuò)展模擬及問題
前幾天有人問我ABAQUS做焊點(diǎn)分析，我一看他給我的一片文獻(xiàn)，其實(shí)是用ABAQUS做裂紋擴(kuò)展分析。之前也沒接觸過裂紋分析，于是照貓畫虎做了個(gè)算例，但是裂紋沒有擴(kuò)展。
ABAQUS做裂紋有三種方法：contour integral，擴(kuò)展有限元及VCCT法，這里用了contour integral法。
如圖所示，V形楔形處有一個(gè)預(yù)制裂紋，是采用Interaction模塊的assign seam設(shè)定的，裂紋的擴(kuò)展面及方向是通過crack來設(shè)定的，類型為contour integral。材料模型定義了塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，彈性參數(shù)、GTN參數(shù)、脆性失效參數(shù)等。模型上的兩個(gè)孔，一個(gè)固支、一個(gè)勻速拉。預(yù)期當(dāng)裂紋尖端的單元變形達(dá)到某一個(gè)值時(shí)將刪除單元。
您看見了就給個(gè)意見唄。
步驟：
建立模型，進(jìn)行適當(dāng)?shù)膒artition
定義材料：分別定義了elastic彈性參數(shù)、plastic真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、GTN模型參數(shù)、脆性失效參數(shù)（包括一個(gè)叫演化參數(shù)）。
定義預(yù)制裂紋、定義裂紋擴(kuò)展面、方向，定義失效單元的generation。
邊界條件，提交job，查看結(jié)果。
結(jié)果：預(yù)期模型在塑性變形不是很大時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展，但是模型產(chǎn)生了很大塑性變形后仍然沒有發(fā)生失效。
Mises應(yīng)力場(chǎng)：
x方向正應(yīng)力場(chǎng)
x方向真實(shí)應(yīng)變場(chǎng)
x方向塑性應(yīng)變場(chǎng)
裂紋尖端應(yīng)變的結(jié)果還是挺漂亮的，雖然正確性有待考證，如果裂紋出來了就完美了，可惜裂紋沒出來。
展開 自動(dòng)裂紋擴(kuò)展的裂紋引入與更新問題解決方法 ￥1
2、引入裂紋后FRANC3D輸出的有限元模型丟失一些接觸或其他邊界條件
請(qǐng)把所有的屬性定義在網(wǎng)格模型上，有限元軟件輸出的網(wǎng)格模型最好不要直接讀入FRANC3D，應(yīng)把模型文件（如*.cdb、*.inp、*.dat）再次讀入到有限元軟件中（此時(shí)只有網(wǎng)格模型），檢查并重新定義所有的接觸、邊界條件和荷載等屬性，再次輸出模型文件，然后讀入FRANC3D即可。
如果使用ABAQUS，建議不要輸出part、assembly等關(guān)鍵字，可以修改ABAQUS的環(huán)境文件，打開abaqus如下安裝目錄的abaqus_v6.env，編輯添加cae_no_parts_input_file=ON，保存即可。
C:\SIMULIA\Abaqus\6.14-1\SMA\site\abaqus_v6.env
關(guān)于裂紋擴(kuò)展步長(zhǎng)（Median extension）和裂尖單元環(huán)半徑（Template radius）
擴(kuò)展步長(zhǎng)默認(rèn)為裂紋特征尺寸的20%，單元環(huán)半徑默認(rèn)為裂紋特征尺寸的10%。如，引入半徑為1mm的圓形角裂紋，擴(kuò)展步長(zhǎng)默認(rèn)為0.2mm，單元環(huán)半徑默認(rèn)為0.1mm。在后續(xù)裂紋擴(kuò)展過程中，一般按照此原則來設(shè)定，如要獲得精確的解，最好不要超出默認(rèn)值。
因此，隨著裂紋尺寸增大，擴(kuò)展步長(zhǎng)和單元環(huán)半徑可逐漸變大，如為板類部件，還要注意單元環(huán)的半徑不能大于板厚的10%才為合理。
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Abaqus擴(kuò)展有限元法計(jì)算三維裂紋的擴(kuò)展-01-20.pdf
如何區(qū)分鍛造裂紋、熱處理裂紋、原材料裂紋？
在實(shí)際生產(chǎn)過程中，鋼制工件常由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，鋼材選擇不當(dāng)、淬火溫度控制不正確、淬火冷速不合適等因素，一方面增大淬火內(nèi)應(yīng)力，會(huì)使已形成的淬火顯微裂紋擴(kuò)展，形成宏觀的淬火裂紋，另一方面，由于增大了顯微裂紋的敏感度，增加了顯微裂紋的數(shù)量，降低了鋼材的脆斷抗力Sk,從而增大淬火裂紋的形成可能性。
影響淬裂的因素
影響淬裂的因素很多，這里僅將生產(chǎn)中常碰到的幾種情況作一介紹?！ ?1、原材料已有缺陷而導(dǎo)致的淬裂：如果原材料表面和內(nèi)部有裂紋或夾雜物等缺陷，在淬火之前未發(fā)現(xiàn)，有可能形成淬火裂紋；
2、夾雜物導(dǎo)致的開裂：如果零件內(nèi)部夾雜物嚴(yán)重，或本身因夾雜物嚴(yán)重已經(jīng)隱藏有裂紋，淬火時(shí)將有可能產(chǎn)生裂紋；
3、因原始組織不良而導(dǎo)致的淬裂；
4、淬火溫度不當(dāng)造成的淬裂：淬火溫度不當(dāng)引起零件淬裂，一般有兩種情況：
（1）儀表指示溫度低于爐子的實(shí)際溫度，使淬火溫度偏高，造成淬火過熱，導(dǎo)致工件發(fā)生開裂。凡是過熱淬火開裂的金相組織均存在晶粒粗大和粗大的馬氏體。
（2）鋼件實(shí)際含碳量高于鋼材牌號(hào)所規(guī)定的含量，若按原牌號(hào)的正常淬火工藝淬火時(shí)，等于提高了鋼的淬火溫度，容易造成零件過熱和晶粒長(zhǎng)大，使淬火時(shí)應(yīng)力增大而引起淬裂。
5、淬火冷卻不當(dāng)造成的淬裂：淬火時(shí)由于冷卻不當(dāng)，也會(huì)使零件產(chǎn)生淬裂事故。
6、機(jī)加工缺陷導(dǎo)致的淬裂：由于機(jī)加工不良，在零件表面留下了粗而深的刀痕，盡管是很簡(jiǎn)單的零件或不是應(yīng)力集中的地方，也會(huì)在淬火時(shí)造成開裂，或在服役過程中發(fā)生早期損壞。
展開 基于擴(kuò)展有限元（XFEM）模型的裂紋擴(kuò)展斷裂分析（原創(chuàng)案例賞析，如轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明出處）
分析類型：基于擴(kuò)展有限元（XFEM）模型的裂紋擴(kuò)展現(xiàn)象模擬
分析平臺(tái)：ANSYS17
技術(shù)難點(diǎn)：斷裂模型建模
關(guān)鍵詞：斷裂力學(xué) 擴(kuò)展有限元 裂紋擴(kuò)展
完成人：技術(shù)鄰ANSYS專家
業(yè)務(wù)咨詢網(wǎng)址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
技術(shù)背景：金屬的斷裂損傷
工程意義：金屬損傷
研究對(duì)象：帶孔板
初始裂紋位置1的裂紋擴(kuò)展
初始裂紋位置2的裂紋擴(kuò)展
多分析步下的裂紋擴(kuò)展
無子步的分析步
使用上一節(jié)中的模型，完成了六步裂紋擴(kuò)展。定義了一個(gè)簡(jiǎn)單的載荷計(jì)劃，使用所有三個(gè)分析步的最后一個(gè)子步的總和，圖10.44。這個(gè)載荷計(jì)劃的周期數(shù)如圖10.45所示。
圖10.44 使用最后一個(gè)子步之和的簡(jiǎn)單周期性加載事件。
圖10.45 使用最后一個(gè)子步之和的簡(jiǎn)單循環(huán)載荷事件的周期計(jì)數(shù)。
對(duì)于同一模型，在第4步裂紋擴(kuò)展時(shí)，如果用戶不小心關(guān)閉了從ABAQUS輸出所有子步的選項(xiàng)（見圖10.37），周期計(jì)數(shù)將受到影響。圖10.46顯示了裂紋擴(kuò)展步4和分析步2的SIF；注意子步下拉菜單是灰色的，因?yàn)橹挥凶詈笠粋€(gè)子步的SIF。圖10.47顯示了裂紋擴(kuò)展步3的相同圖，其中顯示了所有子步的SIF。
圖10.46 裂紋擴(kuò)展步4和分析步2的SIF圖。
圖10.47裂紋擴(kuò)展步3和分析步2的所有子步的SIF圖。
使用與之前相同的載荷計(jì)劃（見圖10.44），周期計(jì)數(shù)如圖10.48所示。循環(huán)計(jì)數(shù)在裂紋擴(kuò)展步4停止，并表明ΔK低于閾值。這不是真實(shí)的，但是FRANC3D識(shí)別到分析步和子步在第4步是不一致的，因此停止了循環(huán)計(jì)數(shù)。
這個(gè)例子是為了證明如果不小心的話可能會(huì)出現(xiàn)的問題。
展開 xfem裂紋擴(kuò)展
用abaqus做裂紋擴(kuò)展 循環(huán)分析步從第一步直接跳到了最后 大佬們知道是哪里出問題了嗎
#裂紋任意路徑擴(kuò)展---擴(kuò)展有限元單元法XFEM與圍線積分（+網(wǎng)格重劃分）對(duì)比
<div contenteditable="false" width="100%"><div><img src="https://img.jishulink.com/upload/201812/2c49b1343833446bb72c8c083045b0ab.jpg" title="同一個(gè)模型下擴(kuò)展有限元xfem與圍線積分裂紋擴(kuò)展--結(jié)果對(duì)比2.jpg" alt="同一個(gè)模型下擴(kuò)展有限元xfem與圍線積分裂紋擴(kuò)展--結(jié)果對(duì)比2.jpg" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/201812/2c49b1343833446bb72c8c083045b0ab.jpg?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/201812/2c49b1343833446bb72c8c083045b0ab.jpg?
展開 ABAQUS二維裂紋擴(kuò)展模擬詳解
需要注意的是，在ABAQUS中當(dāng)采用圍線積分（contour integral）來計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子時(shí)，在圍線積分的區(qū)域只能為四邊形或六面體單元，雖然裂紋尖端的網(wǎng)格為三角形單元，但其實(shí)際上是退化的四邊形單元（degenerated quad），后面將會(huì)介紹如何劃分裂尖網(wǎng)格。
為了在ABAQUS中定義裂紋，首先需要指定裂紋面（crack front）以及裂紋尖端（crack tip），對(duì)于通過ABAQUS創(chuàng)建的二維部件實(shí)例，裂紋前沿可以指定為幾何點(diǎn)，幾何邊線以及幾何面，裂紋尖端可以指定為幾何點(diǎn)，而對(duì)于外部導(dǎo)入的二維網(wǎng)格（orphan mesh），裂紋前沿可以指定為節(jié)點(diǎn)，單元邊和單元面，裂紋尖端尖端可以指定為節(jié)點(diǎn)。除此之外還需要指定裂紋面的法向矢量方向或者裂紋擴(kuò)展的方向，在ABAQUS中裂紋擴(kuò)展的方向也被稱為q向量，該向量將用于圍線積分的計(jì)算。裂紋的定義如圖3所示。
圖3 ABAQUS裂紋定義界面
為了在裂尖單元中引入奇異性，需要對(duì)單元節(jié)點(diǎn)進(jìn)行特殊的處理。如圖4所示，對(duì)于8節(jié)點(diǎn)的四邊形單元（二階單元，具有中間節(jié)點(diǎn)），首先ABAQUS會(huì)將四邊形單元的其中一條邊壓縮，假設(shè)該單元邊由節(jié)點(diǎn)a, b和c構(gòu)成，壓縮之后節(jié)點(diǎn)a, b和c將合并共同構(gòu)成裂紋尖端，隨后與裂紋尖端相連的兩條單元邊上的中間節(jié)點(diǎn)將會(huì)被移動(dòng)到距離裂紋尖端1/4處的位置。
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