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本人長期從事ABAQUS軟件仿真模擬，擅長平板焊接（高斯面熱源、高斯體熱源、雙橢球熱源、圓臺柱熱源等），基于子程序的摩擦攪拌焊接，壓力電阻焊接，子程序二次開發(fā)（UEXPAN、USDFLD、UHARD、FILM、DISP、DFLUX、CREEP等），基于子程序的相變模擬，裂縫模擬（應(yīng)力強(qiáng)度因子、J積分等），裂紋擴(kuò)展（XFEM擴(kuò)展有限元、cohesive element、cohesive surface

由于沉淀結(jié)構(gòu)在循環(huán)加載中校破壞均可導(dǎo)致循環(huán)軟化。熱疲勞：機(jī)件在由溫度循環(huán)變化時產(chǎn)生的循環(huán)熱應(yīng)力及熱應(yīng)變作用下發(fā)生的疲勞。熱機(jī)械疲勞：溫度循環(huán)和機(jī)械應(yīng)力循環(huán)疊加所引起的疲勞。產(chǎn)生熱應(yīng)力的兩個條件：①溫度變化②機(jī)械約束

由于沉淀結(jié)構(gòu)在循環(huán)加載中校破壞均可導(dǎo)致循環(huán)軟化。熱疲勞：機(jī)件在由溫度循環(huán)變化時產(chǎn)生的循環(huán)熱應(yīng)力及熱應(yīng)變作用下發(fā)生的疲勞。熱機(jī)械疲勞：溫度循環(huán)和機(jī)械應(yīng)力循環(huán)疊加所引起的疲勞。產(chǎn)生熱應(yīng)力的兩個條件：①溫度變化②機(jī)械約束沖擊疲勞：沖擊次數(shù)N>105次時，破壞后具有典型的疲勞斷口，即為沖擊疲勞。 學(xué)無止境，沒有最好，只有更好。

圖1顯示了幾個典型的等幅應(yīng)變循環(huán)，每個循環(huán)都處于不同的平均應(yīng)變水平。在循環(huán)疲勞試驗中，如果施加的應(yīng)力幅度等于平均應(yīng)力，我們把這種情況稱為脈沖載荷循環(huán)或全松弛載荷循環(huán)。如果平均應(yīng)力為零，我們把這種情況稱為完全反轉(zhuǎn)的拉伸/壓縮加載循環(huán)。如果最小應(yīng)力總是正的，則稱為非全松弛載荷循環(huán)（即試樣總是處于加載狀態(tài)）。

通過控制應(yīng)變，采用拉壓循環(huán)的方式進(jìn)行加載，應(yīng)變比為 R =?1 ( R 為每次循環(huán)的最小應(yīng)變與最大應(yīng)變之比)。加載示意圖如圖1（a）所示。為了研究循環(huán)加載下溫度和應(yīng)變率對疲勞力學(xué)性能和變形機(jī)理的影響，分別在300K溫度下和應(yīng)變率為1×109s-1的條件下進(jìn)行了模擬計算，此外，還考慮了正弦形波循環(huán)加載對力學(xué)性能和變形機(jī)制的影響。

圖10.44 使用最后一個子步之和的簡單周期性加載事件。 圖10.45 使用最后一個子步之和的簡單循環(huán)載荷事件的周期計數(shù)。 對于同一模型，在第4步裂紋擴(kuò)展時，如果用戶不小心關(guān)閉了從ABAQUS輸出所有子步的選項（見圖10.37），周期計數(shù)將受到影響。

裂紋萌生期依賴于抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度增加可使裂紋萌生時間增加，這種關(guān)系也適合于低溫的情況，但裂紋產(chǎn)生后，并不穩(wěn)定擴(kuò)展。這是由于隨著表面層殘余應(yīng)力的增加，裂紋的擴(kuò)展可被推遲到Ng(該點(diǎn)定義為裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展至斷裂時的壽命)。隨著壓應(yīng)力的增加，裂紋遲緩(Ng-Ni)增加，循環(huán)到斷裂的周次Nf也增加。Ni為裂紋萌生時的循環(huán)周次，Nf為循環(huán)至斷裂的周次。

MARC基于網(wǎng)格重劃分技術(shù)的裂紋擴(kuò)展分析裂紋萌生和擴(kuò)展研究對于核工業(yè)、石油和天然氣工業(yè)、航空航天和其它工業(yè)都非常關(guān)鍵，安全問題十分重要。本案例介紹了VCCT方法使用網(wǎng)格重劃分技術(shù)進(jìn)行裂紋擴(kuò)展，針對橡膠塊的裂紋進(jìn)行分析，觀察裂紋在加載過程中的增長。

這是我們課程背后的主要驅(qū)動力，因為它能夠準(zhǔn)確可靠地預(yù)測裂紋的生長。本課程深入探討了使用擴(kuò)展有限元法 （XFEM） 結(jié)合巴黎定律公式對疲勞裂紋擴(kuò)展進(jìn)行高級仿真，并在 ABAQUS 軟件中完全實現(xiàn)。該課程強(qiáng)調(diào)直接循環(huán)疲勞和低周疲勞方法，為分析材料在循環(huán)載荷下的劣化提供了一個全面的框架。

疲勞分析方法 應(yīng)力壽命法：基于材料的 S-N 曲線，通過計算結(jié)構(gòu)在循環(huán)載荷下的應(yīng)力范圍，來預(yù)測結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。 應(yīng)變壽命法：考慮材料的塑性變形，通過計算結(jié)構(gòu)在循環(huán)載荷下的應(yīng)變范圍，來預(yù)測結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。 裂紋擴(kuò)展法：基于斷裂力學(xué)理論，通過計算裂紋在循環(huán)載荷下的擴(kuò)展速率，來預(yù)測結(jié)構(gòu)的剩余壽命。

裂紋擴(kuò)展 裂紋擴(kuò)展壽命要根據(jù)有限元模型提供的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布，結(jié)構(gòu)載荷的變化以及材料的疲勞特性等條件，預(yù)測裂紋的擴(kuò)展速率和時間。研究裂紋擴(kuò)展常采用傳統(tǒng)的線彈性斷裂力學(xué)（LEFM）。

車輪疲勞測試：徑向疲勞：在旋轉(zhuǎn)鼓上施加徑向載荷，模擬車輛承重下的循環(huán)變形，測試輪輞裂紋擴(kuò)展。彎曲疲勞：通過偏心加載模擬轉(zhuǎn)彎時的彎矩，檢測輪輻與輪輞連接處的疲勞壽命（如 ISO 10328 標(biāo)準(zhǔn)要求循環(huán)至 10^7 次無失效）。2.橡膠部件耐久測試 發(fā)動機(jī)懸置測試：測試項目：動態(tài)剛度衰減、橡膠 - 金屬粘接面脫膠。

其中，Tmax是加載循環(huán)中的最大能量釋放率（撕裂能量）。Tc是立即發(fā)生斷裂的Tmax的臨界值，rc是對應(yīng)于Tc的最大裂紋擴(kuò)展速率。

假設(shè)初始裂紋尺寸c0是材料的特征參數(shù)，由于循環(huán)載荷，這些裂紋不斷擴(kuò)展，直到達(dá)到材料失效的尺寸cf。裂紋擴(kuò)展速率r具有冪律的形式：裂紋擴(kuò)展速率被定義為每循環(huán)次數(shù)變化的裂紋尺寸變化dc/dN。其中，Tmax是加載循環(huán)中的最大能量釋放率（撕裂能量）。Tc是立即發(fā)生斷裂的Tmax的臨界值，rc是對應(yīng)于Tc的最大裂紋擴(kuò)展速率。

根據(jù)斷裂力學(xué)的觀點(diǎn)，金屬結(jié)構(gòu)件的疲勞破壞是由于主裂紋擴(kuò)展到臨界尺寸而造成的，結(jié)構(gòu)的壽命取決于結(jié)構(gòu)危險部位裂紋的萌生與擴(kuò)展。

穩(wěn)定的載荷循環(huán) 反復(fù)的加載和卸載會引起疲勞裂紋。在評估疲勞壽命之前，必須獲得一個穩(wěn)定的載荷循環(huán)。在處理非線性材料時，在材料的響應(yīng)趨于穩(wěn)定之前，往往需要許多載荷循環(huán)。一般來說，非線性材料對循環(huán)載荷的反應(yīng)可以用三種情況來概括：立即穩(wěn)定、安定和棘輪。 在立即穩(wěn)定 的情況下，第二個載荷循環(huán)已經(jīng)給出一個穩(wěn)定的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)，可以代表每個連續(xù)的載荷循環(huán)。

裂紋擴(kuò)展速率r具有冪律的形式：裂紋擴(kuò)展速率被定義為每循環(huán)次數(shù)變化的裂紋尺寸變化dc/dN。其中，Tmax是加載循環(huán)中的最大能量釋放率（撕裂能量）。Tc是立即發(fā)生斷裂的Tmax的臨界值，rc是對應(yīng)于Tc的最大裂紋擴(kuò)展速率。

開裂處受拉力、壓力影響，其裂紋逐漸向拉力方向呈圓弧狀擴(kuò)展。此外，本案例還考慮了開裂處瞬時的能量釋放率。圖四展示了壓力容器的變形情況以及裂紋擴(kuò)展的情況。