角裂紋
關注創建者：用戶16892 創建時間：2018-10-09
角裂紋的實例教程
通過abaqus建模，franc3d定義裂紋及擴展，可以模擬孔邊角裂紋的擴展。
圖一左側顯示了角裂紋的擴展路徑，從角裂紋逐漸擴展為穿透裂紋，右側顯示的是裂紋擴展過程中應力強度因子的變化。圖2則是ABAQUS中的odb文件顯示結果，能夠清晰觀察到角裂紋的擴展過程。
以葉背表面邊裂紋和葉片后緣角裂紋為研究對象,通過Franc3D 依次對初始形貌a0 / c0 =0. 2、0. 4、0. 6 和0. 8 的裂紋進行擴展模擬仿真,葉背邊裂紋擴展模型編號依次為L04、L05、L06 和L07,葉片后緣角裂紋擴展模型編號依次為L08、L09、L10 和L11,裂紋初始長度c0 均設置為2 mm,裂紋最終長度cc 設置為10 mm,裂紋擴展模型初始裂紋初始深度a0 分別設置為0. 4 mm、0. 8mm、1. 2 mm 和1. 6 mm,裂紋方向均設置為水平方向擴展。
不同初始前緣形狀的裂紋擴展情況如表3 所示。對比不同初始前緣形狀的邊裂紋或角裂紋,可以發現當裂紋表面長度c0 一定時,a0 / c0 越大,即初始裂紋深度a0 越大,葉片裂紋擴展壽命越短;對比相同初始前緣形狀的邊裂紋和角裂紋,發現葉片后緣的角裂紋擴展壽命略高于葉背的邊裂紋壽命,原因是由于葉片根部的后緣區域應力低于葉背區域導致。
不同初始前緣形狀的邊裂紋和角裂紋前緣形貌擴展模擬結果如圖8、圖9 所示。從其中可以看出無論邊裂紋還是角裂紋,初始裂紋前緣形狀對于裂紋表面方向的擴展影響很小,L04 ~ L07 及L08 ~ L11 的表面裂紋擴展情況基本一致;但初始裂紋前緣形狀對于模型裂紋深度方向的擴展影響較大,L04 ~ L07 及L08 ~ L11 的裂紋深度變化情況存在較為明顯的差別,分析原因為a0 / c0 越小,則定值c0 對應的初始裂紋深度a0 越小,在彎曲載荷作用下越靠近葉片表面應力越大裂紋擴展越迅速,裂紋延深度方向擴展速率更快,使得裂紋擴展后的最終裂紋前緣形狀趨于相同。
展開 由于焊接過程中，熔池兩側的冷卻速度差異，導致剛形成的固態焊縫受拉應力作用，進而產生微裂紋。
結 論
通過6005A鋁合金角焊縫的焊接試驗，可以得出以下結論：
5.1 6系鋁合金角焊時，最有利于保證焊縫內部質量的焊操作角度為35o～45o；
5.2 為了減少6系鋁合金角焊縫根部產生微觀裂紋的傾向性，焊接時應將焊絲指向略偏向底板，約一個焊絲直徑距離；
5.3 焊接6系鋁合金角焊縫時，底板的厚度應盡可能不薄于立板，這樣可以避免焊縫根部產生微裂紋。
來源：制造工藝前沿
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制造工藝前沿
展開 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。
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
請把所有的屬性定義在網格模型上，有限元軟件輸出的網格模型最好不要直接讀入FRANC3D，應把模型文件（如*.cdb、*.inp、*.dat）再次讀入到有限元軟件中（此時只有網格模型），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等關鍵字，可以修改ABAQUS的環境文件，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
關于裂紋擴展步長（Median extension）和裂尖單元環半徑（Template radius）
擴展步長默認為裂紋特征尺寸的20%，單元環半徑默認為裂紋特征尺寸的10%。如，引入半徑為1mm的圓形角裂紋，擴展步長默認為0.2mm，單元環半徑默認為0.1mm。在后續裂紋擴展過程中，一般按照此原則來設定，如要獲得精確的解，最好不要超出默認值。
因此，隨著裂紋尺寸增大，擴展步長和單元環半徑可逐漸變大，如為板類部件，還要注意單元環的半徑不能大于板厚的10%才為合理。
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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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焊角出現裂紋時，焊工不得擅自處理，應查明原因，定出修補工藝后方可處理。焊縫同一部位的翻修次數不宜超過兩次。
對比不同初始前緣形狀的邊裂紋或角裂紋,可以發現當裂紋表面長度c0 一定時,a0 / c0 越大,即初始裂紋深度a0 越大,葉片裂紋擴展壽命越短;對比相同初始前緣形狀的邊裂紋和角裂紋,發現葉片后緣的角裂紋擴展壽命略高于葉背的邊裂紋壽命,原因是由于葉片根部的后緣區域應力低于葉背區域導致。
不同初始前緣形狀的邊裂紋和角裂紋前緣形貌擴展模擬結果如圖8、圖9 所示。
計算過程中可以實時跟蹤裂紋尖端區域進行局部細化，將連續的裂紋擴展過程看作多個線性增量，每一個增量內裂紋擴展角根據應力強度因子確定。通過在裂紋尖端細化節點引入外部基函數提高計算精度。
（1）T形接頭焊接裂紋試驗法，該方法主要用于評定碳素鋼和低合金鋼角焊縫的熱裂紋敏感性，也可用于測定焊條以及焊接參數對熱裂紋敏感性的影響。
（2）壓板對接焊接裂紋試驗法，該方法主要用于評定碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼焊條及焊縫的熱裂紋敏感性。它是通過把試件安裝在FISCO試驗裝置內，調整坡口間隙大小對產生裂紋的影響很大，隨著間隙的增加，裂紋敏感性越大。
圖 1右下角顯示，裂紋尖端附近γ′還發生了局部的筏化。此外研究表明再結晶并不會對DD6合金的超高周疲勞性能和裂紋萌生擴展機理產生影響。
圖
1 所有溫度下的超高周疲勞S-N數據圖，1100 ℃下裂紋從表面萌生、沿{001}面擴展（mode I）及1100 ℃下的氧化與局部筏化情況匯總，紅色箭頭指出了除主要源區以外的多個裂紋萌生位置。
如，引入半徑為1mm的圓形角裂紋，擴展步長默認為0.2mm，單元環半徑默認為0.1mm。在后續裂紋擴展過程中，一般按照此原則來設定，如要獲得精確的解，最好不要超出默認值。
因此，隨著裂紋尺寸增大，擴展步長和單元環半徑可逐漸變大，如為板類部件，還要注意單元環的半徑不能大于板厚的10%才為合理。
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。
（a）輸入輸出軸有黑皮
（b）脫模時拉變形
（c）換擋軸孔內有黑皮
（d）螺紋孔內冷隔
（e）小角處裂紋
（f）加強筋小角處冷隔
圖1 壓鑄件常見缺陷
圖1所示為壓鑄件常見的缺陷，其中圖1（a）、（c）屬于加工余量問題，增加鑄件局部加工余量即可解決；圖1（b）在定模側增加頂出結構就可解決缺陷問題；現主要分析圖1（d）、（e）、（f
圖2 缺陷位置金相照片
產品表面質量統計分析
通過對典型產品表面質量情況進行統計，發現角部裂紋均發生在電渣錠非啟動端位置，最大角裂尺寸約為50mm×50mm×5mm，數據統計見表1。
