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關(guān)鍵詞：車身輕量化；復(fù)合材料；宏觀斷裂力學(xué)模型；耐撞性能分析 隨著汽車普及程度的提升，汽車行業(yè)得到飛速發(fā)展。與此同時(shí)，環(huán)境污染、能源短缺問題日益嚴(yán)重。汽車輕量化是解決上述問題的一個(gè)重要方向，所以成為研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)［1］。

隨著對(duì)斷裂問題的深入研究及數(shù)學(xué)工具的方便使用，斷裂力學(xué)理論會(huì)日益成熟，斷裂力學(xué)應(yīng)用會(huì)日漸廣泛。 對(duì)于數(shù)值計(jì)算方法，其未來的發(fā)展趨勢(shì)為：跨尺度的斷裂力學(xué)數(shù)值計(jì)算方法、并行數(shù)值計(jì)算方法、解析法與數(shù)值法的結(jié)合、多種計(jì)算方法的有機(jī)結(jié)合于融合、數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化。 下載地址：斷裂力學(xué)中的數(shù)值計(jì)算方法及工程應(yīng)用

斷裂力學(xué)是研究含裂紋構(gòu)件強(qiáng)度與壽命的一門固體力學(xué)新分枝，是結(jié)構(gòu)損傷容限設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。從材料特定來看，包括兩類斷裂力學(xué)： a) 線彈性斷裂力學(xué)：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(xué)：適用于裂紋尖端附近大范圍屈服的情況。

隨后美國(guó)科學(xué)家歐文在此基礎(chǔ)上提出了能量釋放率，它是裂紋擴(kuò)展單位面積所需要消耗的能量，并將應(yīng)用對(duì)象擴(kuò)展到工程準(zhǔn)脆性材料（如鑄鐵）。同時(shí)，歐文還證明了裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)可以用一個(gè)與能量釋放率有關(guān)的單參量表征，這就是后來著名的應(yīng)力強(qiáng)度因子（一種對(duì)應(yīng)力大小的度量）。如今，近10厘米厚的應(yīng)力強(qiáng)度因子手冊(cè)已是工程師的必備之物。

01 應(yīng)用背景 斷裂力學(xué)是研究含裂紋物體的強(qiáng)度和裂紋擴(kuò)展規(guī)律的科學(xué)，固體力學(xué)的一個(gè)分支，又稱裂紋力學(xué)，起源于20世紀(jì)20年代A.A.格里菲斯對(duì)玻璃低應(yīng)力脆斷的研究。其后，國(guó)際上發(fā)生了一系列重大的低應(yīng)力脆斷災(zāi)難性事故，促進(jìn)了這方面的研究，并于50年代開始形成斷裂力學(xué)。

一、經(jīng)典斷裂力學(xué)的"阿喀琉斯之踵"1.1 數(shù)學(xué)尖點(diǎn) vs 物理現(xiàn)實(shí)1913年，Inglis分析了含裂紋無限大板的應(yīng)力集中問題，奠定了線彈性斷裂力學(xué)（LEFM）的基礎(chǔ)。其核心假設(shè)是：裂紋尖端是數(shù)學(xué)上的尖點(diǎn)（半徑為零）。

筆者對(duì)斷裂力學(xué)方法在工程上的應(yīng)用十分關(guān)注，目前的主要應(yīng)用有： • 在規(guī)范層面，目前船舶行業(yè)已經(jīng)對(duì)LNG Type B貨艙要求做裂紋擴(kuò)展分析； • 在海工結(jié)構(gòu)（導(dǎo)管架平臺(tái)）工程應(yīng)用層面，工程臨界分析（ECA）也經(jīng)常得以應(yīng)用來分析“已知”裂紋，以支持維修決策和制定檢驗(yàn)方案等等, DNV-ST-0119中，對(duì)于浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，視斷裂力學(xué)方法為疲勞壽命計(jì)算的方法之一

因此需要研究結(jié)構(gòu)疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律及斷裂失效控制理論和方法，即斷裂力學(xué)。2.分類 根據(jù)裂紋尖端屈服區(qū)域大小不同，斷裂力學(xué)可分為線彈性斷裂力學(xué)與彈塑性斷裂力學(xué)。前者適用于裂紋尖端附近小范圍屈服的情況；而后者適用于裂紋尖端附近大范圍屈服的情況。

本期是ANSYS Mechanical 2022 功能更新之單元、接觸、斷裂力學(xué)、并行計(jì)算。

在斷裂力學(xué)問題的分析中應(yīng)力強(qiáng)度因子人是預(yù)判含裂紋構(gòu)件發(fā)生斷裂和裂紋發(fā)生擴(kuò)展速率的首要判據(jù)司。獲得應(yīng)力強(qiáng)度因子的方法大致上可分為解析法、數(shù)值法和實(shí)驗(yàn)法。

對(duì)于結(jié)構(gòu)件受拉壓彎扭后發(fā)生的斷裂失效，如果采用靜力學(xué)分析方法，會(huì)得到應(yīng)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(dòng)力學(xué)分析方法可以實(shí)現(xiàn)斷裂效果，但時(shí)間步長(zhǎng)較小而求解時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致求解效率低。所以提出一種基于準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)的斷裂失效的仿真方法。

</p><div contenteditable="false" width="100%"> <hr> </div><p>斷裂力學(xué)中應(yīng)用有限元法的問題的本質(zhì)就是引起裂紋擴(kuò)展的應(yīng)力奇異性問題。</p><p>裂紋通常在具有奇異性的凹角及固體中總是存在的孔穴處發(fā)生。</p><p>從理論上講，在這種奇異點(diǎn)處將出現(xiàn)無限大的應(yīng)力，而裂紋是否擴(kuò)展則取決于在離裂紋尖端的一定距離內(nèi)這一應(yīng)力衰減的方式。

隨著CFD通用軟件的性能日益完善，應(yīng)用的范圍也不斷的擴(kuò)大，在化工、冶金、建筑、環(huán)境等相關(guān)領(lǐng)域中也被廣泛應(yīng)用。 現(xiàn)代流體力學(xué)研究方法包括理論分析，數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究三個(gè)方面。這些方法針對(duì)不同的角度進(jìn)行研究，相互補(bǔ)充。

發(fā)現(xiàn)一本關(guān)于斷裂力學(xué)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）。

20世紀(jì)20年代，Griffith[1]通過對(duì)飛機(jī)玻璃中破裂和流動(dòng)現(xiàn)象的研究，提出裂紋是否擴(kuò)展可由一個(gè)熱力學(xué)條件決定，奠定了斷裂力學(xué)的基礎(chǔ)。根據(jù)Griffith的表述，裂紋的擴(kuò)展釋放了表面牽引力，造成了狀態(tài)的不平衡，根據(jù)最小勢(shì)能原理，勢(shì)能會(huì)減少以及表面能增加，勢(shì)能的變化與內(nèi)能的釋放和外部載荷做功有關(guān)。

礦業(yè)與冶金 以濕法冶金應(yīng)用為例，CFD技術(shù)利用流體力學(xué)、傳熱學(xué)、冶金反應(yīng)工程學(xué)等多學(xué)科交叉模擬實(shí)際反應(yīng)過程中難以檢測(cè)和控制的環(huán)節(jié)，避免了傳統(tǒng)的基于半經(jīng)驗(yàn)、半理論方法對(duì)攪拌釜內(nèi)多相流的預(yù)測(cè)缺陷，可節(jié)約成本、時(shí)間，以較小的代價(jià)達(dá)到優(yōu)化反應(yīng)設(shè)備、控制最佳反應(yīng)過程的目。 6.

礦業(yè)與冶金 以濕法冶金應(yīng)用為例，CFD技術(shù)利用流體力學(xué)、傳熱學(xué)、冶金反應(yīng)工程學(xué)等多學(xué)科交叉模擬實(shí)際反應(yīng)過程中難以檢測(cè)和控制的環(huán)節(jié)，避免了傳統(tǒng)的基于半經(jīng)驗(yàn)、半理論方法對(duì)攪拌釜內(nèi)多相流的預(yù)測(cè)缺陷，可節(jié)約成本、時(shí)間，以較小的代價(jià)達(dá)到優(yōu)化反應(yīng)設(shè)備、控制最佳反應(yīng)過程的目。 6.