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改進(jìn)的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴(kuò)展分析 - ANSYS Workbench本教程包括改進(jìn)的緊湊拉伸試樣的逐步疲勞裂紋分析。步驟 1：概述這項(xiàng)工作的主要目的是提出混合模式載荷下線性彈性材料中裂紋擴(kuò)展路徑的數(shù)值模型，以及研究在恒定幅值載荷條件下改進(jìn)的緊湊拉伸試樣中孔洞的存在對疲勞裂紋擴(kuò)展和疲勞壽命的影響。

XM-12 材料高溫拉伸試驗(yàn)檢測溫度范圍：900 ～1200℃。普通的試驗(yàn)機(jī)無法滿足，因此此次試驗(yàn)選擇Gleeble-3500 熱模擬試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行光滑圓棒試樣的拉伸試驗(yàn)。拉伸試樣圖如圖1 所示。圖1 拉伸試樣尺寸高溫拉伸測試 本文以1050℃拉伸結(jié)果為分析對象，對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行修正分析，試樣實(shí)測直徑 φ9.98mm。

2.5 試樣標(biāo)距對高速拉伸試驗(yàn)的影響 高速拉伸試驗(yàn)對試樣尺寸和加工質(zhì)量敏感，所以此次試驗(yàn)借鑒疲勞試驗(yàn)采用短標(biāo)距試樣，即標(biāo)距 L?＝10 mm；另外根據(jù)金屬板材高速拉伸標(biāo)準(zhǔn)，選取 L?＝20 mm 的試樣考察不同標(biāo)距長度對鑄鐵力學(xué)性能的影響。

插件版本1.0但是實(shí)際中，不同研究人員所用拉伸試樣尺寸可能不一致，為解決這一問題，發(fā)布了復(fù)合材料拉伸試樣插件2.0版本了，在該版的插件中，我們將拉伸試樣的尺寸考慮在內(nèi)，將試樣尺寸變成為用戶自定義的參數(shù)。

研究的主要目標(biāo)是展示裂紋擴(kuò)展路徑的數(shù)值模型，并研究孔洞對改進(jìn)型緊湊拉伸試樣（MCTS）在恒定振幅載荷條件下疲勞裂紋擴(kuò)展和疲勞壽命的影響。研究使用了ANSYS Mechanical (Workbench)軟件，利用ANSYS中的智能裂紋擴(kuò)展技術(shù)來準(zhǔn)確預(yù)測裂紋擴(kuò)展路徑和相關(guān)的疲勞壽命。巴黎定律模型被用來評估不同配置的MCTS在線性彈性斷裂力學(xué)（LEFM）假設(shè)下的混合模式疲勞壽命。

本文以兩種國標(biāo)規(guī)定拉伸試樣的非線性瞬態(tài)分析為例，演示iSolver的分析流程，并將iSolver和Abaqus計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比。2.模型背景：此案例為國標(biāo)規(guī)定拉伸試樣的非線性瞬態(tài)分析。對于不同材料，如果想測定其應(yīng)力應(yīng)變曲線，需要對其根據(jù)GB 6397進(jìn)行制樣，用于之后的拉伸試驗(yàn)，之后根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理再繪制材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線。

<p>ASTM D638是由美國材料協(xié)會(huì)發(fā)布的金屬及塑膠材料拉伸測試標(biāo)準(zhǔn)。</p><p><br></p><p>為方便大家使用，筆者提供<span style="color: rgb(47, 48, 52);">ASTM D638標(biāo)準(zhǔn) 5種拉伸試樣的3D幾何模型，分享給大家，不用自己再畫啦，見附件。

兩種試樣尺寸兩種試樣尺寸如圖，柱狀試樣尺寸為D=8，d=5，H=10，h=10；其配套的承壓環(huán)內(nèi)徑6mm，有效長度8.6mm，仿真中使用tie約束等效螺紋結(jié)構(gòu)。

此次開發(fā)的設(shè)計(jì)將現(xiàn)有的硬性、不能伸縮的元件與可拉伸的聚合物材料相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)有伸縮性的電子裝置。也就是說，將平板電腦或智能手機(jī)按照用戶需要的方式拉伸屏幕，可以讓視頻觀看更加生動(dòng)，或者相反地通過縮小尺寸，實(shí)現(xiàn)更加便攜性的功能。然而，在電子設(shè)備變形時(shí)，堅(jiān)硬的Island和柔軟聚合物之間的表面容易產(chǎn)生缺陷，因此存在電極穩(wěn)定性脆弱的缺點(diǎn)。

2.2 仿真模型 直接式霍普金森拉桿SHTB仿真模型 根據(jù)試樣形狀及連接方式、加載方式設(shè)置6個(gè)作業(yè)模型： 仿真模型各部尺寸和參數(shù)如下： 三種試樣尺寸 三種試樣尺寸如圖，片狀試樣厚度2mm。

碰撞仿真所用的網(wǎng)格尺寸對結(jié)果有重要影響。通過不同網(wǎng)格尺寸試樣與實(shí)際試驗(yàn)曲線的對比可以看出，在相同輸入條件下，隨著網(wǎng)格尺寸的增大，仿真試樣的失效應(yīng)變與試驗(yàn)值偏差逐漸增大，如圖5。LCREGD字段引用的曲線定義了網(wǎng)格尺寸歸一化因子和失效塑性應(yīng)變之間的關(guān)聯(lián)，能夠修正網(wǎng)格尺寸所帶來的偏差。

4、硬度測試(硬度試驗(yàn))是檢測金屬材料軟硬程度的性能，硬度試驗(yàn)是將壓頭壓入試樣表面，保持一段時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測驗(yàn)壓痕尺寸，計(jì)算硬度值。硬度試驗(yàn)測量固體材料表面硬度的一種材料機(jī)械性能試驗(yàn)。

之后作者設(shè)計(jì)了表示純拉伸和純剪切這兩類應(yīng)力狀態(tài)的拉伸試樣，如下圖通過拉伸實(shí)驗(yàn)的斷口分析：作者驗(yàn)證了拉伸狀態(tài)下，材料的斷口由數(shù)量較少的的大孔洞和數(shù)量較多的二級(jí)微孔洞組成，表明材料是孔洞控制型失效，而剪切破壞的試樣的表面斷口并無明顯的凹坑，相反出現(xiàn)了明顯的滑移痕跡，因此可以認(rèn)為是剪切主導(dǎo)失效有限元模擬也驗(yàn)證了作者的觀點(diǎn)，拉伸失效的材料與剪切失效材料的自由表面與中心面的損傷發(fā)展存在明顯不同

將遠(yuǎn)離三點(diǎn)彎曲試樣一側(cè)的180°單元進(jìn)行刪除，選擇element，再選擇delete，之后選擇對應(yīng)單元進(jìn)行刪除，刪除后如圖所示。接著將壓頭單元拉伸為實(shí)體，選擇element，再選擇extrude，選中壓頭單元，在type中選擇planar element to solid，將面網(wǎng)格拉伸為體網(wǎng)格，參數(shù)選擇為每層0.2mm，拉伸5層的方式進(jìn)行拉伸。

②試塊尺寸。上試塊尺寸為：長度(25±0.5)mm，寬度(25±0.5)mm，厚度(10±0.5)mm;下試塊尺寸為：長度(45±0.5)mm，寬度(25±0.5)mm，厚度(25±0.5)mm。③非金屬試塊在加工時(shí)，應(yīng)注意不要因過熱而損傷試塊。2)試樣制備①試塊膠接表面的預(yù)處理方法、膠粘劑涂布及試樣制備工藝等，應(yīng)按產(chǎn)品的工藝規(guī)程確定。

（一）試樣設(shè)計(jì)試樣幾何尺寸不一樣，尤其是試樣的平行部長寬不一樣，即使是同一臺(tái)測試設(shè)備，獲得的測試結(jié)果也會(huì)不一樣。因此在不同的測試設(shè)備上進(jìn)行測試，試樣的平行部長寬必須一致。我們知道高速拉伸試驗(yàn)機(jī)具有其倔強(qiáng)性（局限性），所以試樣的設(shè)計(jì)只能以高速拉伸試樣為基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試樣，讓準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)的試樣遷就高速拉伸試驗(yàn)機(jī)的試樣，沒有其他選擇。

，所有參數(shù)保持相同，區(qū)別在于NH-GTN，和zhou-GTN模型包含剪切修正項(xiàng)初始拉伸試樣（拉伸變形30%，材料對應(yīng)為DP600鋼）Vumat左側(cè)，Vuhard+abqus右側(cè)，對應(yīng)結(jié)果如下（結(jié)果幾乎一致）拉伸試樣斷裂時(shí)應(yīng)力：拉伸試樣應(yīng)力應(yīng)變曲線修正的NH-GTN 模型模擬二維平面應(yīng)變拉伸以及剪切模型效果（在VUMAT中實(shí)現(xiàn)）平面應(yīng)變拉伸試樣斷裂時(shí)應(yīng)力

SHPB基本力學(xué)過程：開始撞擊桿以一定速度撞擊入射桿，在入射桿形成一個(gè)向正方向傳播的入射波（壓縮波），入射波從入射桿傳遞到試樣并對試樣進(jìn)行壓縮，入射波一部分在入射桿與試樣界面反射形成反向傳播的反射波（拉伸波），另一部分通過試樣進(jìn)入透射桿形成透射波（壓縮波）。 SHPB兩個(gè)基本假定：一維性應(yīng)力狀態(tài)和均勻性假定。一維性要求桿件及試樣共軸，并減小橫向慣性引起的幾何彌散效應(yīng)的影響。