在abaqus中如何模拟3D 裂纹
ABAQUS平台的扩展有限元方法模拟裂纹实现
ABAQUS平台的扩展有限元方法模拟裂纹实现 1.1 扩展有限元方法（XFEM）在ABAQUS上的实现 ABAQUS中XFEM的实现，两个步骤最为关键： 1、选择模型中可能出现的裂纹区域，将其单元设为具有扩展有限元性质的enrichment element. 2、其次重要的是选择恰当的破坏准则，使单元在达到给定的条件破坏，裂纹扩展。 在ABAQUS中模拟裂纹扩展的操作中，需要注意的是： 1、在Property模块，添加损伤演化参数、破坏法则、损伤稳定性参数 2、在Interaction模块，主菜单Special中创建XFEM的enrichment element 对于固定的裂纹模型，采用ABAQUS/STANDARD中使用奇异渐进函数。针对移动的裂纹问题，在XFEM中，有一种方法基于traction-separation cohesive behavior，即使用虚拟节点连续片段法进行移动裂纹建模，ABAQUS/STANDAR D 中用于计算脆性或韧性材料的裂纹初始化和扩展过程的模拟。另外一种cohesive segments method (粘性片段方法)可用于bulk material中的任意路径的裂纹初始化模拟扩展过程，由于裂纹扩展不依赖于单元边界，在XFEM中，裂纹每扩展一次需要通过一个完整单元，避免尖端应力奇异性。除此之外，ABAQUS为拥护提供了自定义子程序，来满足不同建模的需要。ABAQUS/STANDARD中的任意力学本构模型均可用来模拟扩展裂纹的力学特性。 由于XFEM采用的形函数在求解过程中，很容易造成逼近线性相关，极大的增加了收敛难度，到目前为止，能够实现扩展有限元的商业软件只有ABAQUS，但是ABAQUS为了减少求解难度，做了大量简化，因此用ABAQUS 扩展有限元模拟裂纹扩展时，有一些局限[16]： 1.扩展单元内不能同时存在两条裂纹，所以ABAQUS不能模拟分叉裂 纹； 2.在裂纹扩展分析过程中，每一个增量步的裂纹转角不允许超过90度； 3.自适应的网格是不被支持的； 4.固定裂纹中，只有各向同性材料的裂纹尖端渐进场才被考虑。 1.2 数值算例
abaqus扩展有限元(xfem)例子(裂缝发展) ()
Abaqus扩展有限元(XFEM)例子（裂缝发展） part模块中的操作： 1. 生成一个新的part，取名为plate，本part选取3D deformable solid extrusion类型（如图1） 2.通过Rectangle工具画出一长3，高6的矩形。考虑使用工具栏add-dimension和edit dimension来画出精确长度的模型。强烈建议此矩形的左上角坐标为（0，3），右下角坐标为（3，-3）（如图2） 3. 完成后拉伸此矩形，深度为1.（如图3） 4. 生成一个新的part，取名为crack，本part选取3D deformable shell extrusion类型（如图4）
5.生成一条线，此线的左端点坐标为（0，0.08），右端点坐标为（1.5，0.08） 6 . 完成后拉伸此线，深度为1.（如图6） 7.保存此模型为XFEMtutor（如图7），以后经常保存模型，不再累述。 8. 在part Plate中分别创建4个集合，分别为：all，bottom，top和fixZ，各部分的内容如图
8～11所示 Material模块中的操作： 1 创建材料elsa，其弹性参数为E=210GPa，泊松比为0.3（如图12） 2 最大主应力失效准则作为损伤起始的判据，最大主应力为84.4MPa（如图13）
3.损伤演化选取基于能量的、线性软化的、混合模式的指数损伤演化规律，有关参数为G1C= G2C= G3C=42200N/m，a=1.（如图14） 4.创建一个Solid Homogeneous 的section，名为solid（如图15），此section与材料elsa相
裂纹扩展的扩展有限元(xfem)模拟实例详解
基于ABAQUS 扩展有限元的裂纹模拟 化工过程机械622080706010 李建 1 引言 1.1 ABAQUS 断裂力学问题模拟方法 在abaqus中求解断裂问题有两种方法（途径）：一种是基于经典断裂力学的模型；一种是基于损伤力学的模型。 断裂力学模型就是基于线弹性断裂力学及其基础上发展的弹塑性断裂力学等。如果不考虑裂纹的扩展，abaqus可采用seam型裂纹来分析(也可以不建seam，如notch型裂纹)，这就是基于断裂力学的方法。这种方法可以计算裂纹的应力强度因子，J积分及T-应力等。 损伤力学模型是指基于损伤力学发展而来的方法，单元在达到失效的条件后，刚度不断折减，并可能达到完全失效，最后形成断裂带。这两个模型是为解决不同的问题而提出来的，当然他们所处理的问题也有交叉的地方。 1.2 ABAQUS 裂纹扩展数值模拟方法 考虑模拟裂纹扩展，目前abaqus有两种技术：一种是基于debond的技术（包括VCCT）；一种是基于cohesive技术。 debond即节点松绑，或者称为节点释放，当满足一定得释放条件后（COD 等，目前abaqus提供了5种断裂准则），节点释放即裂纹扩展，采用这种方法时也可以计算出围线积分。 cohesive有人把它译为粘聚区模型，或带屈曲模型，多用于模拟film、裂纹扩展及复合材料层间开裂等。cohesive模型属于损伤力学模型，最先由Barenblatt 引入，使用拉伸-张开法则（traction-separation law）来模拟原子晶格的减聚力。这样就避免了裂纹尖端的奇异性。Cohesive 模型与有限元方法结合首先被用于混凝土计算和模拟，后来也被引入金属及复合材料。Cohesive界面单元要服从cohesive 分离法则，法则范围可包括粘塑性、粘弹性、破裂、纤维断裂、动力学失效及循环载荷失效等行为。 此外，从abaqus6.9版本开始还引入了扩展有限元法（XFEM），它既可以模拟静态裂纹，计算应力强度因子和J积分等参量，也可以模拟裂纹的开裂过程。被誉为最具有前途的裂纹数值模拟方法。本文将利用abaqus6.9版本中的扩展有限元法功能模拟常见的Ⅰ型裂纹的扩展。 2 Ⅰ型裂纹的扩展有限元分析 本文针对断裂力学中的平面Ⅰ型裂纹扩展问题用abaqus中的扩展有限元方法进行数值模拟，获得了裂纹扩展的整个过程，裂尖单元的应力变化曲线，以及裂纹尖端塑性区的形状。在此基础上绘制裂纹扩展的能量历史曲线变化趋势图。
ABAQUS中扩展有限元(XFEM)功能简介
ABAQUS中扩展有限元（XFEM）功能简介 扩展有限元（Extended Finite Element Method）是一种解决断裂力学问题的新的有限元方法，其理论最早于1999年，由美国西北大学的教授Belyschko和Black首次提出，主要是采用独立于网格剖分的思想解决有限元中的裂纹扩展问题，在保留传统有限元所有优点的同时，并不需要对结构内部存在的裂纹等缺陷进行网格划分。 ABAQUS基于在非线性方面的突出优势，在其6.9的版本中开始加入了扩展有限元功能，到6.13做了一些修正，加入了一些可以被CAE支持的关键字。目前为止，除了手动编程，能够实现扩展有限元常用的商业软件只有ABAQUS，今天，我们就来谈谈ABAQUS 中如何实现扩展有限元。 1. XFEM理论 在XFEM理论出现之前，所有对裂纹的静态模拟（断裂）都基本上是采用预留裂缝缺角，通过细化网格仿真裂缝的轮廓。而动态的模拟（损伤）基本上都是基于统计原理的Paris 方法。然而，断裂和损伤的结合问题却一直没有得到有效的解决，究其原因，在于断裂力学认可裂纹尖端的应力奇异现象（就是在靠近裂尖的区域应力值会变无穷大），并且尽可能的绕开这个区域。而损伤力学又没有办法回避这个问题（裂纹都是从尖端开裂的）。 从理论上讲，其实单元内部的位移函数（形函数）可以是任意形状的，但大多数的计算软件都采用了多项式或者插值多项式作为手段来描述单元内部的位移场，这是因为采用这种方法更加便于在编程中进行处理。但是这种方法的缺点就是，由于形函数的连续性，导致单元内部不可能存在间断。直到Belytschko提出采用水平集函数作为手段，其基本形式为 和 上面左边的等式描述了单元内裂缝的位置，右边的等式描述了裂尖的位置。与之对应的形函数便是
基于ABAQUS的渐开线齿轮齿根裂纹扩展仿真
基于AＢＡＱUＳ的渐开线齿轮齿根裂纹扩展仿真
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基于ABＡQUＳ的渐开线齿轮齿根裂纹扩展仿真 齿轮传动是机械传动中最重要、应用最广泛的一种传动。齿轮传动的主要优点有:传动效率高，工作可靠，寿命长，传动比准确，结构紧凑。齿轮传动的失效一般发生在轮齿上,通常有齿面损伤和齿轮折断两种形式。齿轮折断一般发生在齿根部位,包括疲劳折断和过载折断。 为了提高齿轮的可靠性和使用寿命,有必要对齿轮根部的断裂现象进行研究。本文将从断裂力学角度出发,采用有限元的计算方法,研究齿根的断裂。 1 轮齿断裂分析 应力强度因子是描述裂纹尖端的一个参数,它与载荷大小以及几何有关,共有３种断裂模型（图１),在任何应力下的裂尖应力场为 ?图1 断裂模型 式中:r为距裂尖的距离；θ=arctan(x2/x1);KＩ为Ⅰ型(张开)裂纹应力强度因子；KⅡ为Ⅱ型（张开）应力强度因子。ＫⅢ为Ⅲ型(撕开)应力强度因子。 对于二维裂纹,假定KⅡ为0。
裂纹扩展方向根据条件аσθθ/аθ＝0或者γγθ=0，得到 为了计算二维情况下的积分，ABAQUＳ定义了围线围绕着裂尖由单元组成的环形域(图２)。 图2 裂纹尖端环形域 计算J积分时，围线外的节点处值为0，围线内的所有节点(裂纹 扩展方向)的值为ｌ,但外层单元的中间点除外,这些节点根据在单元中的位置被置于0和１之间。 裂纹扩展角度口可以参考裂纹平面计算，当裂纹扩展方向沿着初始裂纹方向时，θ＝0;当K1>0时,θ<0;当K1<0时,θ>0。裂纹扩展角度从q到n(图3)。
ABAQUS中Cohesive单元建模方法讲解
复合材料模型建模与分析 1. Cohesive单元建模方法 1.1 几何模型 使用内聚力模型（cohesive zone）模拟裂纹的产生和扩展，需要在预计产生裂纹的区域加入cohesive层。建立cohesive层的方法主要有： 方法一、建立完整的结构（如图1（a）所示），然后在上面切割出一个薄层来模拟cohesive 单元，用这种方法建立的cohesive单元与其他单元公用节点，并以此传递力和位移。 方法二、分别建立cohesive层和其他结构部件的实体模型，通过“tie”绑定约束，使得cohesive单元两侧的单元位移和应力协调，如图1（b）所示。 （a）cohesive单元与其他单元公用节点（b）独立的网格通过“tie”绑定 图1.建模方法 上述两种方法都可以用来模拟复合材料的分层失效，第一种方法划分网格比较复杂；第二种方法赋材料属性简单，划分网格也方便，但是装配及“tie”很繁琐；因此在实际建模中我们应根据实际结构选取较简单的方法。 1.2 材料属性 应用cohesive单元模拟复合材料失效，包括两种模型：一种是基于traction-separation 描述；另一种是基于连续体描述。其中基于traction-separation描述的方法应用更加广泛。 而在基于traction-separation描述的方法中，最常用的本构模型为图2所示的双线性本构模型。它给出了材料达到强度极限前的线弹性段和材料达到强度极限后的刚度线性降低软化阶段。注意图中纵坐标为应力，而横坐标为位移，因此线弹性段的斜率代表的实际是cohesive单元的刚度。曲线下的面积即为材料断裂时的能量释放率。因此在定义cohesive的力学性能时，实际就是要确定上述本构模型的具体形状：包括刚度、极限强度、以及临界断裂能量释放率，或者最终失效时单元的位移。常用的定义方法是给定上述参数中的前三项，也就确定了cohesive的本构模型。Cohesive单元可理解为一种准二维单元，可以将它看作被一个厚度隔开的两个面，这两个面分别和其他实体单元连接。Cohesive单元只考虑面外的力，包括法向的正应力以及XZ，YZ两个方向的剪应力。 下文对cohesive单元的参数进行阐述，并介绍参数的选择方法。
abaqus裂纹模拟心得
abaqus裂纹模拟心得 baqus裂纹模拟心得（Contour Integral不是XFEM） 最近由于项目需要，做了一些裂纹相关的模拟，在此把一些心得体会贴到论坛上与大家分享，如有不当之处，欢迎大家指正！ 本帖主要侧重于介绍裂纹定义过程中各个选项的意义，具体的操作过程论坛里已经有高手做了很好的教程，至于断裂力学理论推荐大家看一下沈成康写的《断裂力学》一书。裂纹的定义和输出需要用到interaction模块和step模块： 一、Interaction模块 1.1 预制裂纹（步骤：菜单/special/crack/assign seam） 注意：并不是作裂纹分析都要定义seam，如果你的裂纹不是一条缝，而是一个缺口，则不需要assign seam，直接走下一步（定义裂纹）就行。 1.2 创建裂纹（步骤：菜单/special/crack/create，type：contour integral） —crack front：crack front是用来定义第一围线积分的区域，2D下我们可以选择包围裂尖点的面，3D则选择包围裂尖线的面；另外还有一种定义crack front的方法，就是直接选择裂尖点（2D）或裂尖线3D），用这个方法定义crack front不需要再定义下一步的crack tip/line，比较简便，两种方法算出的结果没有明显的差别，其实只是影响积分路线的问题，但是J积分值是路径无关的，看个人喜好吧 —crack tip/line：这个比较好理解就是裂尖点（2D）或线（3D），如果我们在上一步中用方法二定义crack front，这一步就直接跳过了 —crack extension direction（定义裂纹扩展方向）：这里定义的其实是一个虚拟的裂纹扩展方向，定义了这个参考方向后，我们才能通过输出的角度判断裂纹扩展方向，可以通过两种方法： o q vector：输入一个方向，用来作为计算裂纹的扩展方向的参考方向； o normal to crack plane：crack plane表示裂纹的对称面（当裂纹在一个平面内时，可能需要分开定义多个裂纹），这种方法下我们只需定义裂纹面的法线方向，通过（t表示裂纹尖端的切线）, 会在每个节点得出一个q方向（如下图）； o 注意：q的方向对输出的应力强度因子，J积分等都会有影响，一般情况下，q最好在裂纹平面内，且垂直于裂尖线的切线，否则算出的应力强度因子，J积分值等等在不同围线积分中会差别较大。 二、step模块 定义好了裂纹相关参数后，我们需要返回step模块定义输出变量： 步骤：菜单/output/history output requests/create，domain：crack，可以输出的值包括：J-integral，Ct-integral，stress intensity factor，T-stress —J-integral ：用于应变率无关材料的准静态分析过程，包括线弹性，非线性弹性，弹塑性材料（单调加载工况）的静态分析。J-integral的优点是和积分路径无关，从而可以避开尖端塑性区的
abaqus有限元分析报告开裂梁要点
Abaqus梁的开裂模拟计算报告 1.问题描述 利用ABAQUS有限元软件分析如图1.1所示的钢筋混凝土梁的裂缝开展。参考文献Brena et al.（2003）得到梁的基本数据： 图1.1 Brena et al.（2003）中梁C尺寸 几何尺寸：跨度3000mm，截面宽203mm，高406mm的钢筋混凝土梁 由文献Chen et al. 2011得材料特性： 1.混凝土：抗压强度f c’=35.1MPa，抗拉强度f t= 2.721MPa，泊松比ν=0.2，弹性模量 E c=28020MPa； 2.钢筋：弹性模量为E c=200GPa，屈服强度f ys=f yc=440MPa，f yv=596MPa 3.混凝土垫块：弹性模量为E c=28020MPa，泊松比ν=0.2 2.建模过程 1)Part 打开ABAQUS使用功能模块，弹出窗口Create Part，参数为：Name：beam；Modeling Space：2D；Type：Deformable；Base Feature─Shell；Approximate size：2000。点击Continue 进入Sketch二维绘图区。由于该梁关于Y轴对称，建模的时候取沿X轴的一半作为模拟对象。 使用功能模块，分别键入独立点(0,0),(1600,0),(1600,406),(406,0),(0,0)并按下下方提 示区的Done，完成草图。 图2.1 beam 部件二维几何模型
相同的方法建立混凝土垫块： 图2.2 plate 部件二维几何模型 所选用的点有(0,0),(40,0),(40,10),(0,10) 受压区钢筋： 在选择钢筋的base feature的时候选择wire，即线模型。 图2.3 compression bar 部件二维几何模型 选取的点(0,0),(1575,0) 受拉区钢筋： 图2.4 tension bar 部件二维几何模型 选取的点(0,0),(1575,0) 箍筋： 图2.5 stirrup 部件二维几何模型 选取的点为(0,0),(0,330) 另外，此文里面为了作对比，部分的模型输入尺寸的时候为m，下面无特别说明尺寸都为mm。
Abaqus裂纹模拟心得(Contour Integral不是XFEM)
Abaqus裂纹模拟心得（Contour Integral不是XFEM） 最近由于项目需要，做了一些裂纹相关的模拟，在此把一些心得体会贴到论坛上与大家分享，如有不当之处，欢迎大家指正！ 本帖主要侧重于介绍裂纹定义过程中各个选项的意义，具体的操作过程论坛里已经有高手做了很好的教程，至于断裂力学理论推荐大家看一下沈成康写的《断裂力学》一书。 裂纹的定义和输出需要用到interaction模块和step模块： 一、Interaction模块 1.1 预制裂纹（步骤：菜单/special/crack/assign seam） 注意：并不是作裂纹分析都要定义seam，如果你的裂纹不是一条缝，而是一个缺口，则不需要assign seam，直接走下一步（定义裂纹）就行。 1.2 创建裂纹（步骤：菜单/special/crack/create，type：contour integral） —crack front：crack front是用来定义第一围线积分的区域，2D下我们可以选择包围裂尖点的面，3D则选择包围裂尖线的面；另外还有一种定义crack front的方法，就是直接选择裂尖点（2D）或裂尖线3D），用这个方法定义crack front不需要再定义下一步的crack tip/line，比较简便，两种方法算出的结果没有明显的差别，其实只是影响积分路线的问题，但是J 积分值是路径无关的，看个人喜好吧 —crack tip/line：这个比较好理解就是裂尖点（2D）或线（3D），如果我们在上一步中用方法二定义crack front，这一步就直接跳过了 —crack extension direction（定义裂纹扩展方向）：这里定义的其实是一个虚拟的裂纹扩展方向，定义了这个参考方向后，我们才能通过输出的角度判断裂纹扩展方向，可以通过两种方法： o q vector：输入一个方向，用来作为计算裂纹的扩展方向的参考方向； o normal to crack plane：crack plane表示裂纹的对称面（当裂纹在一个平面内时，可能需要分开定义多个裂纹），这种方法下我们只需定义裂纹面的法线方向，通过（t表示裂纹尖端的切线）, 会在每个节点得出一个q方向（如下图）； o 注意：q的方向对输出的应力强度因子，J积分等都会有影响，一般情况下，q最好在裂纹平面内，且垂直于裂尖线的切线，否则算出的应力强度因子，J积分值等等在不同围线积分中会差别较大。
ABAQUS(Explict)混凝土开裂模型翻译
混凝土开裂模型 适用模块：Abaqus/Explicit Abaqus/CAE 参考 ●“Material library: overview,” Section 18.1.1 ●“Inelastic behavior,” Section 20.1.1 ●*BRITTLE CRACKING ●*BRITTLE FAILURE ●*BRITTLE SHEAR ●“Defining brittle cracking” in “Defining other mechanical models,” Section 12.9.4 of the Abaqus/CAE User's Manual 概述 Abaqus/Explicit模块中脆性断裂模型： ●提供一种通用模型来模拟包括梁单元、桁架单元、壳单元以及实体单元在内的所有单元 形式； ●也可以用来模拟诸如陶瓷及脆性岩石的其他材料； ●用于模拟受拉开裂占主导地位的材料本构行为； ●假设受压行为是线弹性的； ●必须与线弹性模型(“Linear elastic behavior,” Section 19.2.1)同时使用，它也 定义了材料开裂前的本构行为； ●用于模拟脆性行为占主导地位的本构关系是十分准确的，基于此，假设受压行为是线弹 性的是合理的； ●该模型主要是用于钢筋混凝土结构的分析，同时也适用于素混凝土； ●基于脆性失效准则，将失效单元删除； 关于失效单元删除的内容详见“A cracking model for concrete and other brittle materials,” Section 4.5.3 of the Abaqus Theory Manual. 关于ABAQUS中可用混凝土本构模型的相关讨论参见“Inelastic behavior,” Section 20.1.1。 钢筋 ABAQUS中，混凝土结构中的钢筋是通过指定Rebar单元实现的。Rebar单元是一维应变理论单元（杆单元），既可以单独定义，也可以镶嵌在有向曲面上。关于Rebar单元的相关讨论参见“Defining rebar as an element property,” Section 2.2.4。Rebar单元特别地用来模拟钢筋的弹塑性行为，并且可叠加在用于模拟素混凝土标准单元的网格上。基于这种模拟方法，混凝土的开裂行为与Rebar是没有关系的。混凝土和钢筋之间的相互作用，例如粘结滑移、销栓作用，可以引入拉神硬化（强化）的概念来近似模拟混凝土裂缝处荷载向钢筋转移的特点。 开裂 Abaqus/Explicit中使用弥散裂缝模型来表征混凝土脆性行为的非连续性。这种方法并不关注于单个宏观裂缝，相反地，只是独立地计算有限元模型质点处的本构关系。裂缝的存在对于计算的影响在于：裂缝的存在影响质点处的应力和材料刚度。 为简化本部分讨论内容，“开裂”一词实质上代表的是一个方向——所考虑单个质点处裂缝的方向，与其最相近的物理解释为：在一个质点附近出现一系列连续的微裂缝，其方向
Abaqus裂纹扩展分析
定义初始粘合裂纹面 可能裂纹表面建模时采用采用主、从接触面来定义。在接触形式中，除了有限滑动、面对面形式以外，其他所有接触形式均可使用。预先定义的裂纹面在初始时应部分粘合，裂纹尖端因而可以被Abaqus/Standard显式识别。初始粘合裂纹面不能采用自接触形式。 定义初始状态（initial condition）以识别裂纹初始绑定部分。用户可以定义从接触面（slave surface）、主接触面（master surface）、以及用来识别从接触面初始部分粘结的节点。从接触面上没有粘结的部分表现为正常接触面。主接触面及从接触面均需要指明。 如果没有节点如上所述被定义，初始接触状态将被应用于整个接触对。这种情况下，不能识别出裂纹尖端，因而粘结面不能分开。 如果节点如上所述被定义，初始解除状态将被应用于从接触面上已定义的节点处。Abaqus/Standard将进行核对以确保所定义节点只包含从接触面上的节点。 *INITIAL CONDITIONS, TYPE=CONTACT 激活裂纹扩展能力（crack propagation capacibility） 裂纹扩展能力需要在STEP定义中被激活，以确保初始部分粘合的2个面有可能产生裂纹扩展。用户需要指明会产生裂纹扩展的面。 *DEBOND, SLA VE=slave_surface_name，MASTER=master_surface_name 多裂纹扩展 裂纹可以在一个或多个裂纹尖端处产生扩展。一个接触对可以在多个裂纹尖端处产生裂纹扩展。然而，对于给定的接触对只能拥有一个裂纹扩展准则（crack propagation criterion）。 定义开裂振幅曲线（debonding amplitude curve） 开裂产生后，通过从接触面节点及主接触面相应节点上大小相等方向相反的力产生面间牵引。当采用临界应力准则、临界裂纹开口位移准则、裂纹长度-时间破坏准则时，用户可以定义粘结面上某点产生开始时，上述力以何种方式降至零。 最佳振幅曲线的选择依赖于材料性质、具体加载情况、裂纹扩展准则。如果应力过快被消除，在裂纹尖端处应变的剧烈变化将会造成收敛困难。对于大变形问题，将会产生严重的网格畸形。对于采用率无关材料的问题，线性振幅曲线完全能够满足要求。对于采用率相关材料的问题，产生开裂时的应力应以较慢速度消耗，以避免收敛困难和网格畸形。在50%
基于ABAQUS裂纹自动扩展二次开发及分析_马野
第29卷 第1期 飞 机 设 计V o l 129N o 11 2009年 2月 A IRCRA FT D ESI GN F eb 2009 收稿日期: 2008-08-30;修订日期: 2009-01-06 文章编号:1673-4599(2009)01-0021-04 基于ABAQUS 裂纹自动扩展二次开发及分析 马 野1 ,许希武1 ,宁晋建 2 (1.南京航空航天大学结构强度研究所,江苏南京 210016) (2.沈阳飞机设计研究所,辽宁沈阳 110035) 摘 要:基于A BAQU S 平台应用P ython 脚本语言开发了一套裂纹自动扩展程序包,该程序包含有众多子程序,可实现从参数化建模到提交计算,提取并分析结果文件等全部功能。通过二次开发能避免重复建模,节省分析结果文件等工作所需的大量时间,显著提高工作效率。该程序可分析并模拟出裂纹扩展轨迹曲线,并已用于飞机壁板裂纹扩展轨迹的分析工作,有一定的工程价值。关键词:二次开发;裂纹扩展; FE M;应力强度因子;A BAQU S ;P ython 中图分类号:V 21512 文献标识码:A Second -developed Progra m about Crack G row th Si m ulation and Analysis Based on ABAQUS MA Ye 1 ,XU X-i w u 1 ,N I NG Ji n -jian 2 (1.Research I nstitute o f Structure Streng t h ,N anji n g University o fA eronautics and Astronautics , Nan ji n g 210016,Ch i n a) (2.Shenyang A ircraft Design and Research I nstitute ,Shenyang 110035,Ch i n a) Abst ract :U sing python scri p ting language develop a progra m package wh ich conta i n s l o ts of subpro -g ra m to si m u late crack gro w th based on AB AQU S ,and this progra m package has functi o ns fr o m pa -ra m eter-m ode li n g to subm itting j o b ,pick i n g data fro m resu lt files and analysis . It can save lots of ti m e in t h e w or ks of repeating m odeli n g and dea ling w it h resu lts thr ough second deve l o p m en,t and w ork effic i e ncy can be i m proved obv i o usly .This pr ogra m package that can si m u late crack gro w th curve had been used in t h e wo r k on crack gro w th i n a ircraft panels ,w hich has eng ineeri n g values .K ey w ords :second -deve l o p m en;t crack propagation ;FE M;stress i n tensity factor ;AB AQUS ;Py - thon AB AQUS 是目前国际上先进的大型通用非线 性有限元计算分析软件[1] 。它拥有丰富的单元库和材料库,应用范围十分广泛且求解功能强大。同时ABAQUS 还向用户提供了大量的二次开发端口,除了用户可根据自己的需要开发用户子程序外,Py t h on 语言作为ABAQUS 的脚本语言,具有 语法简洁、动态输入和面向对象等特点,其开发 功能十分强大[2] ,可实现从建模到显示结果等过程的全程控制,还可以开发用户自定义界面。随着AB AQU S 的应用率提高,目前应用Py thon 对ABAQUS 进行二次开发的案例也越来越多 [3] 。 ABAQUS 软件具有很强的裂纹计算功能,可
(完整word版)abaqusXFEM方法介绍
裂纹扩展分析体验 热分析中的热物性参数：材料密度，热导率，比热容，电阻率，弹性模量，融化潜热的焓、泊松比、散热系数。 在ABAQUS模型中，需用3D的deformable、shell、exctrusion方式建立一个初始裂纹，长短适宜，初始裂纹要从开始起裂的点设置。 由于计算方法目前还不稳定，参数要适当调整。 设置网格划分参数的时候，应该对称设置，否则网格不对称。 断裂应力的大小要和断裂能量的设置相应，能量太大、太小导致不易收敛， 断裂区域的网格要规则，各个方向尺寸要差不多，整个厚度方向单元数量一致，且越少越好，即使裂纹起始点两侧单元未参与裂纹，也要尽可能均匀规则，裂纹扩展的区域不能被PARTION开，应该是一体的。 冲击动载荷时，载荷步时间应尽可能小，maxps damage应力应大于ductile damage应力。 初始裂纹不能在单元界限扩展，否则导致不收敛。 裂纹可在两种弹性金属界面上。适用于弹性材料、两种弹性材料界面裂纹和幂硬化材料。我建立的弹塑性材料模型不容易收敛，把塑性去掉后反而容易收敛。 建立ductile manage模型时，需要材料的塑性行为，但必须同时有traction manage模型，否则就提示某些单元的fracture damage模型未能建立？。traction manage模型和ductile manage 模型中的damage evolution中的类型和数值要相同。初始屈服应力和断裂应力不能差太多。动力学的冲击裂纹分析，不能有塑性（当然也不能有ductile damage），可能是因为increment time 太大了？（或者是先分析一下不带塑性材料的，通过了才分析有塑性材料的？）断裂能量要和断裂应力相适应，否则可能因为能量太高，还未达到，但应力达到了，导致裂纹不开裂、计算不收敛。能量太低，很容易就满足了能量开裂原则，但应力未达到，裂纹不能开裂、计算不收敛。 能量的高低也影响到稳定扩展裂纹的长短：能量低的时候，由于需要很少的能量即可实现裂纹扩展，因此稳定扩展的裂纹在不长的时候即会失稳扩展；能量太高的时候，在裂纹稳定扩展的过程中试样积累了相当的能量，因此稳定扩张一段时间后，试样内部的能量和外加能量就可以实现裂纹的失稳扩展，稳定扩展段也不会很长。 平面应力比平面应变问题更容易收敛。加宽垂直于裂纹走向的单元长度尺寸有利于收敛。？ 以下是别人的资料。 在abaqus中创建裂纹 1.create part，如图1所示：
ABAQUS中的断裂力学及裂纹分析总结
也许要暂别simwe一段时间了，在论坛获益良多，作为回报把自己这段时间在ABAQUS断裂方面的一些断断续续的心得整理如下，希望对打算研究断裂的新手有一点帮助，大牛请直接跳过。本贴所有内容均为原创，转贴请注明，谢谢。 引言：我们知道从1914年Ingless和1921年Griffith提出断裂力学开始，一直到60年代都停留在线弹性断裂力学(LEFM)的层次。后来由於发现在裂纹尖端进入塑性区后用LEF仍然无法解决stress singularity的问题。1960年由Barenblatt 和Dugdale率先提出了nonlinear/plastic fracture mechnics的概念，在裂纹前端引入了plastic zone,这也就是我们现在用的cohesive fracture mechnics的前身。当时这个概念还没引起学术界的轰动。直到1966年Rice发现J-integral及随后发现在LEFM中J-integral是等于energy release rate的关系。随后在工程中发现了越来越多的LEFM无法解释的问题。cohesive fracture mechnics开始引起更多的关注。在研究以混凝土为代表的quassi-brittle material时，cohesive fracture mechnics提供了非常好的结果，所以在70年代到90年代，cohesive fracture mechnics被大量应用于混凝土研究中。目前比较常用的方法主要是fictitious crack approach和effective-elastic crack approach或是称为equivalent-elastic crack approach. 其中fictitious crack approach只考虑了Dugdale-Barenblatt energy mechanism而effective-elastic crack approach只考虑了基於LEFM的Griffith-Irwin energy dissipation mechanism，但作了一些修正。 做裂纹ABAQUS有几种常见方法。最简单的是用debond命令, 定义 *FRACTURE CRITERION, TYPE=XXX, 参数。。。 ** *DEBOND, SLAVE=XXX, MASTER=XXX, time increment=XX 0,1, …… ...... time,0 要想看到开裂特别注意需要在指定的开裂路径上定义一个*Nset，然后在 *INITIAL CONDITIONS, TYPE=CONTACT中定义 master, slave, 及指定的Nset 这种方法用途其实较为有限。 例子如图 [本帖最后由 yaooay 于 2008-10-31 00:48 编辑] debond example.png(157.24 KB, 下载次数: 488)
ABAQUS中的断裂力学及裂纹分析总结
ABAQUS中的断裂力学及裂纹分析总结（转自simwe） （1） 做裂纹ABAQUS有几种常见方法。最简单的是用debond命令, 定义 *FRACTURE CRITERION, TYPE=XXX, 参数。。。 ** *DEBOND, SLAVE=XXX, MASTER=XXX, time increment=XX 0,1, …… ...... time,0 要想看到开裂特别注意需要在指定的开裂路径上定义一个*Nset，然后在 *INITIAL CONDITIONS, TYPE=CONTACT中定义 master, slave, 及指定的Nset 这种方法用途其实较为有限。 （2） 另一种方法，在interaction模块，special, 定义crack seam, 网格最好细化，用collapse element模拟singularity. 这种方法可以计算J积分，应力强度因子等常用的断裂力学参数. 裂尖及奇异性定义: 在interaction-special,先定义crack, 定义好裂尖及方向, 然后在singularity选择：midside node parameter: 输入0.25, 然后选Collapsed element side, duplicate nodes，8节点单元对应(1/r)+(1/r^1/2)奇异性。 这里midside node parameter选0.25对应裂尖collapse成1/4节点单元。如果midside nodes 不移动到1/4处, 则对应(1/r)奇异性, 适合perfect plasticity的情况. 网格划分: 裂尖网格划分有一些技巧需要注意，partition后先处理最外面的正方形，先在对角线和边上
基于ABAQUS的渐开线齿轮齿根裂纹扩展仿真
基于ABAQUS的渐开线齿轮齿根裂纹扩展仿真 齿轮传动是机械传动中最重要、应用最广泛的一种传动。齿轮传动的主要优点有：传动效率高，工作可靠，寿命长，传动比准确，结构紧凑。齿轮传动的失效一般发生在轮齿上，通常有齿面损伤和齿轮折断两种形式。齿轮折断一般发生在齿根部位，包括疲劳折断和过载折断。 为了提高齿轮的可靠性和使用寿命，有必要对齿轮根部的断裂现象进行研究。本文将从断裂力学角度出发，采用有限元的计算方法，研究齿根的断裂。 1 轮齿断裂分析 应力强度因子是描述裂纹尖端的一个参数，它与载荷大小以及几何有关，共有3种断裂模型(图1)，在任何应力下的裂尖应力场为 图1 断裂模型 式中：r为距裂尖的距离；θ=arctan(x2／x1)；K I为Ⅰ型(张开)裂纹应力强度因子；KⅡ为Ⅱ型(张开)应力强度因子。KⅢ为Ⅲ型(撕开)应力强度因子。
对于二维裂纹，假定KⅡ为0。 裂纹扩展方向根据条件аσθθ／аθ=0或者γγθ=0，得到 为了计算二维情况下的积分，ABAQUS定义了围线围绕着裂尖由单元组成的环形域(图2)。 图2 裂纹尖端环形域 计算J积分时，围线外的节点处值为0，围线内的所有节点(裂纹扩展 方向)的值为l，但外层单元的中间点除外，这些节点根据在单元中的位置被置于0和1之间。 裂纹扩展角度口可以参考裂纹平面计算，当裂纹扩展方向沿着初始裂纹方向时，θ=0；当K1>0时，θ<0；当K1<0时，θ>0。裂纹扩展角度从q到n(图3)。
图3 裂纹尖端扩展方向 2 轮齿断裂有限元仿真 2．1 应力分析 2．1．1 模型的建立 根据Pro／E参数化建模建立渐开线齿轮模型，选用的齿轮材料是普通的钢，弹性模量210GPa，泊松比为0．3(图4)，然后定义一对啮合齿轮(图5)，大齿轮齿数为100。在齿轮啮合处定义3个接触对(图6)。 图4 齿轮模型
Abaqus裂纹模拟调研
实例一、ABAQUS XFEM Tutorial: 3D Edge Crack Creating the Uncracked Domain 1.Open ABAQUS/CAE 6.9 or later. 2.Double click on Parts. Enter name as Solid, Modeling Space is 3D, Type is Deformable, Base Feature is Solid and Approximate Size is 5. Click Continue. https://www.360docs.net/doc/5211221087.html,e the rectangle tool to draw a square from (-2,-2) to (2,2). Click Done. Enter 4 for the depth. Click Ok. 4.Double click on Materials. Enter name as Aluminum. Click on Mechanical, then Elasticity, then Elastic. Enter Young's modulus as 70 GPa and Poisson's ratio as 0.33. Click on Mechanical, then Damage for Traction Separation laws, then Maxps Damage. Enter a value of 500 MPa. From the Suboptions menu click on Damage Evolution. Enter Displacement at Failure as 1. Click Ok. Click Ok. 5.Double click on Sections. Name as Main. Accept default settings by clicking Continue. Select Aluminum as material. Click Ok. 6.Expand Parts then expand Solid. Double click on Section Assignments. Select the domain. Click Done. Accept default settings. Click Ok. 7.Expand Solid. Double click on Mesh. From the top menu select Seed, then Edge By Number. Select the Domain. Click Done. Enter 21 as Number of elements along the edges. Hit Enter. Click Done. 8.From the top menu select Mesh, then Controls. Select Hex, Structured. Click Ok. From the top menu select Mesh, then Part. Click Yes. 9.Expand Assembly. Double click on Instances. Select Solid. Accept default settings by clicking Ok. Creating the Cracked Domain 10. Double click on Parts. Enter name as Crack, Modeling Space is 3D, Type is Deform able, Base Feature is Shell, Type is Extrusion and Approximate Size is 5. Click Conti nue. 11. Draw a line from (-2,0) to (-1,0). Click Done. Enter 4 for depth. Click Ok. 12. Expand Assembly, then double click on Instances. Select Crack. Accept default set tings by clicking Ok. 13. Double click on Interactions. Click Cancel. From top menu click Special, then Crac k, then Create. Name as EdgeCrack, Type is XFEM. Click Continue. Select the uncr acked domain as the Crack Domain. On the menu which appears, Specify the Crac k Location by clicking on the line signifying the crack. Click Ok. 14. Double click on Interactions. Enter name as Growth. Select Initial Step and Types for Selected Step as XFEM Crack Growth. Click Continue. XFEM Crack should have EdgeCrack. Click Ok. Create the Boundary Conditions and Loads 15. Double click on Steps. Enter Name as Loading. Accept default setting and click Co ntinue. Accept default settings and click Ok. 16. Double click on Loads. Enter name as TopPressure, Category is Mechanical, Type i