裂纹扩展知识点

《ABAQUS6.9版本XFEM(扩展有限元)例子的详细图解step by step》帖子的问题汇总已做出解答部分

Damage Stabilization

则不收敛。Damage Stabilization

以就不需要Damage Stabilization

homogeous

2、Material模块中的操作的“3.赋予材料取向”时看不到“在part Plate中创建的4

all bottom top和fixZ

all bottom, top和fixZ,个人感觉后三个集合只是面或

集合过滤

3、集合bdisp是只包含db db

bdisp这个集合只包含db

bdsip

4、关于参考点的问题

bottom在x1bdisp的运动一致。因为在x方向上的载荷是施加在点bdisp点上。

束

直接将底部的x

③个人认为加这个参考点的作用是为了以后输出加载点的位移和反力用的。就是那个历史输出请求2.

参考点跟底面是一起运动的。之所以定义这么一个参考点是为了后面场输出变量用的

④那个参load的边界条件里面不

移。之所以定义这么一个参考点是为了后面场输出变量用的。

1方向上的载荷直接加载bottom

CAE手册。

5、以上我们主要讨论的是Benchmark手册中的例题1.19.1。咱们能否再讨论一下例题1.19.2

1.192-4

,这样比较好理解。裂纹长了

1.19.2-3上可以看出

6、xfem

XFEM册中的例题2

initiation and propagation of a crack along an arbitrary, mesh-independent, solution-dependent path

7、我也一直在用XFEM

知wylxl2001

Cohesive Element的时候好像遇到过。XFEM

9xfem

Drucker prager abaqus扩展有限元的关键是不是就是设置xfem以及interaction

是maxps Damage, Traction separation laws 材料模型而改用像混凝土损伤塑性模型Drucker prager模型等是不是就无法实现其扩

xfem

10、这个abaqus扩展有限元的关键是不是就是设置xfem以及interaction以及求解控制的相关设

XFEM

的是maxps2个损伤Initiation

个是分开位移Maxpe

11initial

Set CRITERION=DUCTILE to specify a damage initiation criterion based on the ductile failure strain.

Set CRITERION=FLD to specify a damage initiation criterion based on a forming limit diagram.

Set CRITERION=FLSD to specify a damage initiation criterion based on a forming limit stress diagram.

Set CRITERION=HASHIN to specify damage initiation criteria based on the Hashin analysis.

Set CRITERION=HYSTERESIS ENERGY to specify damage initiation criteria based on the inelastic hysteresis energy dissipated per stabilized cycle in a low-cycle

fatigue analysis.

Set CRITERION=JOHNSON COOK to specify a damage initiation criterion based on the Johnson-Cook failure strain.

Set CRITERION=MAXE to specify a damage initiation criterion based on the maximum

nominal strain for cohesive elements.

Set CRITERION=MAXS to specify a damage initiation criterion based on the maximum

nominal stress criterion for cohesive elements.

Set CRITERION=MAXPE to specify a damage initiation criterion based on the maximum principal strain for enriched elements.

Set CRITERION=MAXPS to specify a damage initiation criterion based on the maximum principal stress criterion for enriched elements.

Set CRITERION=MK to specify a damage initiation criterion based on a Marciniak-Kuczynski analysis.

Set CRITERION=MSFLD to specify a damage initiation criterion based on the

Müschenborn and Sonne forming limit diagram.

Set CRITERION=QUADE to specify a damage initiation based on the quadratic separation-interaction criterion for cohesive elements.

Set CRITERION=QUADS to specify a damage initiation based on the quadratic traction-interaction criterion for cohesive elements.

Set CRITERION=SHEAR to specify a damage initiation criterion based on the shear failure strain.

xfem的initial损伤定义吧?

xfem

11、看了这个帖

c3d4C3D8crack

crack后

abaqus还有其他方法模拟我上述的想

Cohesive element或者surface-based cohesive

XFEM不考虑奇异性。

13、请问lz

crackprop_modeI_xfem_cpe4.inp中下列语句*initial condition,type=enrichment 400,1,abc, 1.0, 0.0

400,2,abc, 1.0,-1.0

400,3,abc,-1.0,-1.0

400,4,abc,-1.0, 0.0

401,1,abc, 1.0,-1.0

401,2,abc, 1.0,-2.0 401,3,abc,-1.0,-2.0

401,4,abc,-1.0,-1.0

402,1,abc, 1.0,-2.0

402,2,abc, 1.0,-3.0

402,3,abc,-1.0,-3.0

402,4,abc,-1.0,-2.0

4004014021、2、3、4

lz这个关键词语句的生成对应CAE

1Element number or element set label.

2Relative position of the node forming the element connectivity.

3Name of the enriched feature specified on the *ENRICHMENT option.

4Value of first signed distance function.

5Value of second signed distance function. Leave this entry blank if only the

first signed distance function is needed.

Repeat this data line as often as necessary to define initial signed distance functions in various elements or element sets. The signed distance functions must be defined at all nodes within an element

14、Maxps G1、G2、G3的计算公式您有么?

>>Maxps G1、G2、G3的计算

G1c=G2c=G3c 15、inp

Job后显示有错。假

定不开裂了。

Node set assembly_bdisp has not been defined3

Node set assembly_bdisp has not been defined9

A boundary condition has been specified on node set assembly_bdisp but this node set is not active in the model

Node set assembly_bdisp has not been defined

Analysis Input File Processor 因出错而退出.

始位移改变量你自己试算几次。如果第一次0.010.050.1

量输出中请求输出PHILSM和状态变量STATUSXFEM

纹扩展了。

16、楼主的inp crack实体是用

cut那个plate inp 里面只有一个plate.

17、是不是Abaqus

XFEM就是自动判断裂纹方向啊。其他的方法是预设裂纹方向

18、楼主XFEM

VCCT

19、为什么加在底面上的U10.00144U1方向位移载荷是负的-0.00144

20、请问xfem j

~~~还是先学习基本的理论再计算吧。

为crack的那个part

C3D8R为常规三维八节点单元C3D8。

是独立实体

CARCK

下。

part

网格。

②是用的默认的非独立实体吧。Crack

据说有时不划分网格会报错。

_型裂纹稳定扩展裂尖塑性区研究

第26卷第4期交通科学与工程 Vo l.26N o.42010年12月 JOURNAL OF TRA NSPORT SCIENC E AND ENGINEERING Dec.2010 收稿日期:2010-10-21 基金项目:湖南科技学院校级课题项目(09XK YT C018)作者简介:黄金(1984-),女,湖南科技学院助教,硕士. 文章编号:1674-599X (2010)04-0035-06 型裂纹稳定扩展裂尖塑性区研究黄金1 ,杨邦成 2 (1.湖南科技学院土木工程与建设管理系,湖南永州 425100; 2.昆明理工大学建筑工程学院,云南昆明 650093) 摘要:运用F RA NC2D/L 软件分别对6.35mm 和2mm 两种厚度A r can 试件的型裂纹稳定扩展进行数值计算,研究了该软件的网格划分技术对计算结果的影响,发现该软件的计算精度主要受裂纹区的网格密度影响(当裂纹面单元与裂纹每步扩展单元尺寸一致时,计算精度好).通过分析有效应力,研究了材料、裂纹扩展长度及试件厚度对裂纹尖端塑性区尺寸的影响.研究结果表明,材料的屈服应力越大,其裂尖塑性区尺寸越小;塑性区尺寸随裂纹扩展长度的增加,先增大后趋于不变;塑性区的形状与板厚或边界有关,6.35mm 厚的母材及3种焊接板材塑性区成扩散型,2mm 厚的母材成Dugdale 模型,25.4mm 以上厚度母材成平面应变模型;裂纹启裂时,塑性区随着厚度的增加而减小,最终不变.关键词:FR AN C2D/L ;网格技术; 型裂纹扩展;塑性区中图分类号:O346.1 文献标识码:A Research on plastic zone of type model crack extension stability H U ANG Jin 1 ,YANG Bang cheng 2 (1.Faculty of Civ il Engineer ing and Constr uctio n M anag ement,Hunan Co lleg e of Science and T echnolo gy ,Y ongzhou 425100,China; 2.Facult y of Civ il and A rchitectural Eng ineer ing, K unming U niversity of Science and T echno lo gy ,K unming 650093,China) Abstract:FRANC2D/L is used to simulate type model crack extension in tw o thick ness Arcan specim ens,of 6.35m m and 2mm,respectively.The effect of meshing tech nique on the calculation is studied.T he calculatio n precision of the so ftw are is mainly im pacted by the crack of m esh (T he better calculatio n precision is obtained w hen the crack surface unit is consistent w ith crack expansio n unit).T he size o f plastic zo ne of the crack tip,w hich is affected by mater ials,crack propag ation leng th and specim en thick ness,is investig ated by analy zing the effective stress.T he results sho w that:m aterial y ield stress is big ger,the crack tip plastic zo ne size is sm aller,plastic zone size w ith crack propagation length increases at first increases,then tends to be unchang ed,the shape of plastic zone is relev ant w ith the thickness o r bo undary ,such as,plastic zone of 6.35mm thick m other m aterials and three kinds o f w elding plate is diffusion type,plas tic zone o f 2m m thick m other materials follow s Dugdale model,plastic zone of m ore than 25.4m m thickness mother materials follow s plane str ain mo del.With crack initia tion,plastic zone decreases at first,then unchanges w ith the incr ease of thickness.Key words:FRANC2D/L;m esh technique; type crack ex tensio n;plastic zone

基于ANSYS有限元软件裂纹扩展模拟

万方数据

５６基于ＡＮＳＹＳ有限元软件裂纹扩展模拟【鬈Ｉ２子模型有限几删韬幽（ｐｌａｎｅ８２），如图１所示。模型中裂纹长度为１０ｍｍ，几何尺寸如图２所示。材料的弹性模量在２．０１７×１０５ＭＰａ上下变化，泊松比为ｏ．３。顶端从侧端的一端起在长度为２０ｍｍ的线上承受一２００Ｎ／ｍｍ的压力。侧端从距裂纹处１０ｍｍ开始在长度为２０ｎｌｍ的线上承受ｌｏｏＮ／ｍｍ的压力。这只是其中某一种状态，可以根据构件的实际受力状况，改变子模型的边界条件和受匝墨巫巫匦圃Ｉ得到应变能仞始值【，ｏ ’ 图３ＡＮｓＹｓ二次ｔＨ：发模拟流程力状况。３ＡＮＳＹＳ二次开发程序基本思路和模拟结果用上述的八ＮｓＹＳ二次开发的源程序对图１所示的子模型结构的疲劳裂纹扩展进行模拟，模拟流程见图３。由于模拟构件疲劳裂纹扩展从开始到失稳，裂纹扩展长度大，因而程序运行时间长。为此笔者只模拟了五步，模拟的结果见表１和图４。图４中的粗黑线为裂纹扩展路径。表１疲劳裂纹扩展模拟所得的路径参数（ａ）模拟一步裂纹扩展路径（ｂ）模拟二步裂纹扩展路径（ｃ）模拟三步裂纹扩展路径　万方数据

《化工装备技术》第２７卷第１期２００６年５７（ｄ）模拟四步裂纹扩展路径【ｅ）模拟止步裂纹扩展路径剧４订限厄模拟的裂纹扩展路径（ａ）一步裂纹扩展竖Ａ疗向的应力云图（ｂ，二步裂纹扩腱竖Ａ方ｆ川的臆力西矧（ｃ）三步裂纹扩展悭直方向的应力云图（ｄ）四步裂纹扩展竖＾力‘向的应ＪＪ云图（ｅ）五步裂纹扩展竖直方向的应力云图图５模拟裂纹扩展过程巾竖直方向的应力云图４结束语ＡＮＳＹＳ软件是一个功能非常强大的有限元计算软件，其本身又是一个开放型软件，可以进行二次开发。利用最大能量释放率作为判断方向基准，笔者对ＡＮＳＹＳ进行二次开发，能动态地描述２Ｄ构件在复合加载状况下疲劳裂纹的扩展路径。对ＡＮｓＹｓ软件进行二次开发来模拟疲劳裂纹的扩展迄今未见报道。本文通过对２Ｄ构件疲劳裂纹扩展路径的模拟，为下一步３Ｄ构件的模拟打下了好的基础。参考文献１Ｗ０１ｆｇａｎｇＢｒｏｃｋｓ．Ｎｕｍ时ｉｃａＩｉｎｖｅｓ“ｇａｔｌｏｎｓｏｎｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉ～ｃａｎｃｅｏｆＪｆｏｒｌａｒｇｅｓｔａｂｌｅｃｒａｄ‘ｇｒｏｗｔｈ．Ｅ“ｇｉｎｅｅｒｉ“ｇＦｒａｃ～ｔｕｒｅＭｅｃｈ．１９８９，３２：４５９～４６８２杨庆生，杨卫．断裂过程的有限元模拟．计算力学学报，１９９７，１４（４）：４０７４１２３ＨｅｌｌｅｎＴ．０ｎｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｖｉｒｔｕａｌｃｒａｃｋｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ．ＩｎｔＪＮｕｍＭｅｔｈＥｎｇｎ，１９７５（９）：１８７—２０７４傅祥炯，周岳泉．何字廷．疲劳裂纹扩展全寿命模型．第八届全国断裂学术会议论文集，１９９６：１５５～２５２５０１１ｔｈｅｅｎｅ。ｇｙｒｅｌｅａｓｅｒａｔｅａｎｄｔｈｅＪ—ｉｎｔ。ｇｒａｌｆｏｒ３一Ｄｃｒａｃｋｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｌｌｓ．ＩｎｔＪｏｕｒｎｏｆＦｒａｃｔｕｒｅ．１９８２，ｌ９：１８３～１９３６ＣｌａｙｄｏｎＰＷ．ＭａｘｉｍｕｍｅｎｅｒｇｖｒｅｌｅａｓｅｒａｔｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｒｏｍａｇｅｎｅｒａＩｉｚｅｄ３Ｄｖｉｒｔｕａｌｃｒａｃｋｅｘｔｅｎｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｅｎ～ｇｉｎｅｅ““ｇＦｒａｃｔｕｒｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ，１９９２，４２（６）：９６ｌ～９６９７ＴｉｍｂｒｅｌｌＣ．ｅｔａ１．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｒａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｉｎｒｕｂ～ｂｅｒ．ＴｈｉｒｄＥｕｒｏＤｅａｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＣｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅＭｏｄｅｌｓｆｏｒＲｕｂｂｅｒ．１５１７ＳｅＤｔｅｍｂｅｒ２００３Ｌｏｎｄｏｎ，ＵＫ．（收稿日期：２００５一０７—２８）　万方数据

断裂力学习题

断裂力学习题一、问答题 1、什么是裂纹？ 2、试述线弹性断裂力学的平面问题的解题思路。 3、断裂力学的任务是什么？ 4、试述可用于处理线弹性条件下裂纹体的断裂力学问题两种方法： 5、试述I型裂纹双向拉伸问题中的边界条件，如何根据该边界条件确定一复变函数，并由此构成应力函数，最后写出问题的解。b5E2RGbCAP 6、什么是应力场强度因子K1？什么是材料的断裂韧度K1C？对比单向拉伸条件下的应力及断裂强度极限b，，说明K1与K1C的区别与联系？p1EanqFDPw 7、在什么条件下应力强度因子K的计算可以用叠加原理 8、试说明为什么裂纹顶端的塑性区尺寸平面应变状态比平面应力状态小？ 9、试说明应力松驰对裂纹顶端塑性区尺寸有何影响。 10、K准则可以解决哪些问题？ 11、何谓应力强度因子断裂准则？线弹性断裂力学的断裂准则与材料力学的强度条件有何不同？ 12、确定K的常用方法有哪些？ 13、什么叫裂纹扩展能量释放率？什么叫裂纹扩展阻力？ 14、从裂纹扩展过程中的能量变化关系说明裂纹处于不稳定平衡的条件是什么？ 15、什么是格里菲斯裂纹？试述格氏理论。

16、奥罗万是如何对格里菲斯理论进行修正的？ 17、裂纹对材料强度有何影响？ 18、裂纹按其力学特征可分为哪几类？试分别述其受力特征 19、什么叫塑性功率？ 20什么是G准则？ 21、线弹性断裂力学的适用范围。 22、“小范围屈服”指的是什么情况？线弹性断裂力学的理论公式能否应用？如何应用？ 23、什么是Airry应力函数？什么是韦斯特加德

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。

材料疲劳裂纹扩展设计研究综述

材料疲劳裂纹扩展研究综述摘要:疲劳裂纹扩展行为是现代材料研究中重要的内容之一。论述了组织结构、环境温度、腐蚀条件以及载荷应力比、频率变化对材料疲劳裂纹扩展行为的影响。总结出疲劳裂纹扩展研究的常用方法和理论模型，并讨论了“塑性钝化模型”和“裂纹闭合效应”与实际观察结果存在的矛盾温度、载荷频率和应力比是影响材料疲劳裂纹扩展行为的主要因素。发展相关理论和方法，正确认识影响机理，科学预测疲劳裂纹扩展行为一直是人们追求的目标。指出了常用理论的不足，对新的研究方法进行了论述。关键词: 温度; 载荷频率; 应力比; 理论; 方法; 疲劳裂纹扩展 1 前言 19世纪40年代随着断裂力学的兴起，人们对于材料疲劳寿命的研究重点逐渐由不考虑裂纹的传统疲劳转向了主要考察裂纹扩展的断裂疲劳。尽量准确地估算构件的剩余疲劳寿命是人们研究材料疲劳扩展行为的一个重要目的。然而，材料的疲劳裂纹扩展研究涉及了力学、材料、机械设计与加工工艺等诸多学科，材料、载荷条件、使用环境等诸多因素都对疲劳破坏有着显著的影响，这给研究工作带来了极大困难。正因为此，虽然对于疲劳的研究取得了大量有意义的研究成果，但仍有很多问题存在着争议，很多学者还在不断的研究和探讨，力求得到更加准确的解决疲劳裂纹扩展问题的方法和理论。经过几十年的发展，人们已经认识到断裂力学是研究结构和构件疲劳裂纹扩展有力而现实的工具。现代断裂力学理论的成就和工程实际的迫切需要，促进了疲劳断裂研究的迅速发展。如Rice的疲劳裂纹扩展力学分析(1967年) ，Elber的裂纹闭合理论(1971年) ，Wheeler 等的超载迟滞模

型(1970年) ，Hudak等关于裂纹扩展速率标准的测试方法，Sadananda和Vasudevan ( 1998年)的两参数理论等都取得了一定成果。本文将对其研究中存在问题、常用方法和理论模型、以及温度、载荷频率和应力比对疲劳裂纹扩展影响的研究成果和新近发展起来的相关理论进行介绍。 2 疲劳裂纹扩展研究现存问题如今，人们在分析材料裂纹扩展问题时最常用到的是“塑性钝化模型”和裂纹尖端因“反向塑性区”等原因导致的“裂纹闭合效应”理论。而它们是否正确，却一直在人们的验证和争论之中。根据现有的研究结果，有学者提出，若按照“塑性钝化模型”理论，强度高的材料应具有较低的裂纹扩展速率，但实验结果却不能证实这一预测。另外，该“模型”认为的“裂纹尖端的钝化是在拉应力达到最大值时完成的”这一观点在理论上不妥，也与实测结果不符。观察结果表明，裂纹尖端钝化是一个渐进的过程，钝化半径与外载荷大小成正比。而疲劳裂纹在扩展过程中的“裂纹闭合效应”在什么情况下存在，能否对材料的裂纹扩展速率产生重要影响，考虑“裂纹闭合”的实验室数据能否用于工程中等问题也一直在人们的争论之中。由于“裂纹闭合效应”理论推出的结论是:“对载荷比的依赖性不是材料的内在行为，而是源于裂纹表面提前闭合后应力强度因子幅(△K) 的变化”，所以早在1984年S.Suresh等人就指出[1]，“裂纹闭合”不是一个力学参数，它受构件形状、载荷、环境和裂纹长度等因素的影响。因此，除非在实际使用过程中测量构件的裂纹闭合情况，否则在实验室里做出来的试验结果不能用来预测构件中的裂纹扩展速率。1970年，Ritchie研究钢中裂纹扩展的近门槛值时发现:在真空环境下，应力比R对门槛值几乎没有影响，首度质疑了裂纹闭合的存在性和所起的作用。在前人研究的基础上，美国海军实验室的

岩石裂纹扩展过程的动态监测研究

第25卷第3期岩石力学与工程学报V ol.25 No.3 2006年3月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering March，2006 岩石裂纹扩展过程的动态监测研究刘冬梅1，2，蔡美峰1，周玉斌3，陈志勇3 (1. 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083；2. 浙江理工大学建筑工程学院，浙江杭州 310018； 3. 江西理工大学，江西赣州 341000) 摘要：利用实时全息干涉法、高分辨率数字摄像机与计算机图像处理系统相链接的三位一体化测量系统，连续动态观测了单轴受压砂岩、花岗岩和压剪受荷砂岩试样裂纹扩展与变形破坏过程；基于动态干涉条纹的定量分析，描述了岩石微裂纹孕育起裂、扩展与闭合的动态交替演化过程，计算了岩石裂纹扩展速度与蠕变扩展速率和裂纹面的扩展变形量与蠕变变形量，实现了岩石内部I型、I–II复合型、I–II–III复合型裂纹力学性状动态演变的有效判识。关键词：岩石力学；岩石变形；裂纹扩展；裂纹闭合；动态监测；实时全息条纹图中图分类号：TU 452；TD 313 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)03–0467–06 DYNAMIC MONITORING ON DEVELOPING PROCESS OF ROCK CRACKS LIU Dong-mei1，2，CAI Mei-feng1，ZHOU Yu-bin3，CHEN Zhi-yong3 (1.School of Civil and Environment Engineering，University of Science and Technology of Beijing，Beijing100083，China； 2. College of Civil Engineering and Architecture，Zhejiang Sci-Tech University，Hangzhou，Zhejiang310018，China； 3. Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou，Jiangxi341000，China) Abstract：An integrated measuring system of real-time holographic interferometry layout linked charge coupled device(CCD) camera and computer graph process is experimentally used to continuously test and record the dynamic process of cracks growth and closure emerged in the whole stages of rock deformation and fracture on sand and granite specimens under unaxial compression and compressive-shear loading，respectively. The active interference fringe patterns captured from the holograms can reappear the development behaviour of rock cracks. Based on the fringes′ quantitative analysis and its calculation，the initiation and propagation of rock cracks as well as its growth and closure in different loading states are directly shown. And the spreading velocity and reformative quantity of rock cracks resulted from cracks growth or closure are given. In addition，the velocity of cracks creep extension and the quantity of cracks creep deformation are obtained. The movement of active fringes in space and time expounds the distribution of rock deformation field. Consequently，the mechanical types of rock cracks can be distinguished effectively. Mode I crack perhaps keeps unchangeable or progressively transforms into mixed mode I–II or I–II–III crack under the different loading conditions，and crack modes are also varied with the evoluation and interaction of rock cracks，and the local deformation and inhomogeneous distributions of stress field become more intense in turn，which induces cracks growth and closure once again or secondary crack 收稿日期：2004–10–20；修回日期：2005–03–29 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50164004) 作者简介：刘冬梅(1964–)，女，1985年毕业于淮南矿业学院地质工程专业，现任教授、博士研究生,主要从事岩石力学与工程方面的教学与研究工

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)。

爆炸的动静作用破岩与动态裂纹扩展机理研究

爆炸的动静作用破岩与动态裂纹扩展机理研究岩石的爆破理论包括两部分:一是爆炸应力波的动态作用,二是爆生气体的准静态作用。目前我们认为岩石的爆炸破岩是两者共同作用的结果,只是在不同的爆破参数和装药条件下两者各自的作用程度不同而已。因此,在研究岩石爆破破岩机理时必须同时考虑到两者对岩石破碎的不同贡献,提高精细化控制爆破效果,深化爆破理论。基于上述考虑,本文单独分别对爆炸应力波的动作用和爆生气体的准静态作用进行试验研究,同时结合DLSM数值模拟,对动态裂纹的扩展过程进行分析。课题的研究成果将为定向断裂控制爆破提供理论基础。本文的研究内容主要包括以下几个方面:1.基于NSCB测试方法,利用霍普金森杆试验系统,同时结合高速摄影、DLSM数值分析、SEM电镜扫描、P波波速测量等技术手段,研究了砂岩等几种典型岩石类材料的在常规及特殊状态下的动态断裂韧度,发现:岩石类材料的动态断裂韧度表现出明显的加载率依赖性,随着加载率的增大,岩石的动态断裂韧度呈逐渐增大的趋势。试验中发现,相同加载率的条件下,花岗岩的断裂韧度最高,煤的断裂韧度最低,砂岩和泥岩较为接近,有机玻璃的断裂韧度低于3种岩石但高于煤。DLSM数值分析也得到与试验类似的结果,但加载面对测试结果有着重要的影响,理想的线性加载并不适用于岩石类材料动态断裂韧度测试研究,自由面加载和5mm面加载时的数值计算结果能够与试验较好的吻合。同时,底端支座的约束条件也会对测试产生影响。高温处理后砂岩的断裂韧度测试中发现,在同一个热处理温度时,断裂韧度随加载率的变化成线性增加的趋势。

特别的,加载率较低时,各个热处理温度时的断裂韧度值较为接近,但加载率较高时,断裂韧度值则有较大差别,断裂韧度-加载率曲线的斜率随热处理温度的升高而减小。含层理煤的动态断裂韧度测试发现,随着节理倾角的增大,“动态断裂韧度”有减小的趋势,但并不是呈线性递减的关系。天然的层理结构分布并不均匀,其赋存状态及其矿物构成不一,这些都会对测试结果带来影响。2.利用数字激光动态焦散线试验方法(DLDC),进行了不同装药结构切缝药包爆破试验,揭示切缝药包不耦合装药爆破爆生气体准静态作用机理,同时利用显式动力分析程序LS-DYNA模拟切缝药包爆炸以及初始裂纹形成的早期过程,并对不耦合系数与爆破损伤之间的关系进行了探讨。不耦合系数对爆生裂纹扩展有显著的影响。不耦合系数α1为1.67时,主裂纹扩展长度和裂纹数目最佳。爆炸应力波与爆生气体对裂纹的扩展产生了影响。不耦合装药使得应力波的幅值降低,爆生气体的准静态作用加强。在以橡皮泥为介质的试验中,应力强度因子和速度的变化幅度较小。橡皮泥介质作为炸药爆炸产物与炮孔壁间的缓冲层,使得能量传递增加,应力波的作用时间延长,爆炸的作用范围加大。次裂纹尖端的动态能量释放率数值整体上小于两条主裂纹。能量沿切缝药包壁的切缝方向优先释放,促使炮孔切缝方向的径向裂纹受到强烈的拉应力而快速扩展,从而抑制非切缝方向裂纹的扩展。数值模拟的结果表明,空气不耦合装药时,在固体介质中产生的高强压应力超过其抗压强度时,就会在炮孔壁上形成粉碎区,其面积虽小,但耗能很大。为了避免粉碎区的形成,使爆炸产生的能量更多的用于切缝方向裂纹的扩展,从改善

疲劳裂纹扩展

不锈钢30４Ｌ的疲劳裂纹扩展模拟Ｆeiｆei Fan, SｅrgiyＫａlnaus,Yanyao Jianｇ (美国内华达大学机械工程学院) 摘要 :一个基于最近发展的疲劳方法的实验用来预测不锈钢３04L的裂纹扩展。这种疲劳方法包括两个步骤：（１)材料的弹塑性有限元分析；（2）多轴疲劳标准在基于有限元分析的可输出的拉伸实验的裂纹萌生与扩展预测中的应用。这种有限元分析具有这样的特点:能够实现在先进循环塑性理论下扑捉材料在常幅加载条件下重要的循环塑性行为。这种疲劳方法是基于这样的理论:当累计疲劳损伤达到一个特定值时材料发生局部失效，而且这种理论同样适用于裂纹的萌生与扩展。所以，一组材料特性参数同时用来做裂纹的萌生与扩展预测，而所有的材料特性参数都是由平滑试样试验产生。这种疲劳方法适用于I型紧凑试样在不同应力比和两步高低加载顺序下等幅加载的裂纹扩展。结果显示，这种疲劳方法能够合理的模拟在试验上观察到的裂纹扩展行为，包括刻痕影响、应力比的影响和加载顺序的影响。另外,这种还方法能够模拟从刻痕到早期的裂纹扩展和疲劳全寿命，而且预测的结果和试验观察的结果吻合得很好。关键词:累计损伤；疲劳裂纹扩展;疲劳标准 1 .简介工程承压设备经常承受到循环加载,一般说来,疲劳过程有三个阶段组成:裂纹萌生和早期裂纹扩展、稳定裂纹扩展和最后的疲劳断裂。裂纹扩展速率dN da/通常被表示为重对数图尺在应力强度因素范围上的一个功能。在常幅加载下,不同应力比时稳定的裂纹扩展结果通常服从Ｐａｒiｓ公式和其修正公式。常幅疲劳加载下不同材料的行为不同。有些材料表现为应力比的影响：在相同应力比时,裂纹扩展速率曲线一致,但是,应力比增大时，裂纹扩展速率也增大。而其他金属材料没有表现出任何应力比的影响,而且在恒幅加载其裂纹扩展速率曲线在重对数图纸上重合。在变幅加载条件下疲劳裂纹扩展行为作为另一个课题已经研究了若干年了。过载和变幅加载的应用对疲劳裂纹扩展研究产生了重大的影响。对于大多数金属材料而言，上述加载方法的应用导致疲劳裂纹扩展速率减慢。基于线弹性断裂力学的理论,这种过渡行为经常使用应力强度因子和通过引入在稳定裂纹扩展状态下的Paris公式的修正

ANSYS LS-DYNA中裂纹模拟的几种办法

Ls-dyna中裂纹模拟的几种办法 1、*CONSTRAINED_TIED_NODES_FAILURE 首先必须把单元间共节点的节点离散，可以采用ls-prepost或femp实现。然后在通过matlab 或者其他语言编写小程序，对位于同一个位置的节点建立节点集，添加*CONSTRAINED_TIED_NODES_FAILURE关键字。采用此方法来实现裂纹模拟的缺点是前处理太麻烦。应用实例可参考白金泽《lsdyna3d基础理论与实例分析》。 2、mat_add_eroson 关于这个关键字本版内有很多讨论，可以搜索一下。需要注意的是，在lsdyna 971R4之前的版本中，这个材料模型所带的失效模式均只适用于单点积分的二维和三维实体单元。但是在R4之后的版本中，这个关键字有了很大的改进： 1、去除了单点积分的限制，同时还支持3维壳单元和厚壳单元中的type1和type2。 2、可以定义初始损伤值，增加了几种损伤模型，具体可以参考lsdyna 971R5版的关键字。 3、带有失效的材料模型有些材料模型本身就带有失效的，可以定义单元的失效来模拟裂纹的拓展。如*MAT_PLASTIC_KINEMA TIC等。如果某些材料模型不带失效模式，可以采用方法2，或者通过自定义材料本构来实现裂纹的模拟。 4、带有失效模型的接触或者用弹簧单元来模拟裂纹这个方法个人觉得有些牵强，但是在有些文献中也见过。在定义裂纹前必须已知可能出现裂纹的区域，通过带有失效模式的面对面的绑定接触CONTACT_TIED_SURFACE_TO_SURFACE_FAILURE或者用弹簧单元来模拟裂纹面。" j. y: ~6 S3 S5 z$ E3 U! ] 5、采用特殊的材料模型某些材料模型如*MAT_120（*MAT_GURSON），*MAT_120_JC（*MAT_GURSON_JC），*MAT_120_RCDC（*MAT_GURSON_RCDC），还有一些damage模型，如*MAT_96（*MAT_BRITTLE_DAMAGE）等，用损伤值来代替裂纹，通过观察损伤云图来判断裂纹的扩展。 6、EFG 和XFEM Cohesive 这两种方法是目前lsdyna重点发展的用来模拟裂纹扩展的方法。其中EFG方法适用于4节点积分的实体单元，XFEM只适用于2维平面应变单元和壳单元。这两种方法具体使用参考LS 971 R4 EFG User’sManual和XFEM User’s Manual。

采用ANSYS仿真模拟软件建立三维混凝土试件实体裂纹扩展的模拟

采用ANSYS仿真模拟软件建立三维混凝土试件实体裂纹扩展的模拟1.进入ANSYS软件，输入命令流 finish /clear,start !(1)工作环境设置 /FILENAME,COLUMN !工作名称 /TITLE,FRACTURE OF COLUMN !图形显示标题 !(2)进入前处理器 /PREP7 !进入前处理器 !(3)定义单元类型 ET,1,SOLID45 !定义三维单元 !(4)定义材料参数 MP,EX,1,1.668E10 !弹性模量 MP,PRXY,1,0.3 !泊松比 !(5)建立剖面几何模型 BLOCK,-0.015,0.015,-0.025,0.025,-0.0005,0.0005, !建立一个长方体WPSTYLE,,,,,,,,1 wpro,,90.000000, !旋转工作平面 CSWPLA,100,1,1,1, !在工作平面位置建立局部坐标100，类型为柱坐标 FLST,3,1,6,ORDE,1 FITEM,3,1 VGEN, ,P51X, , , ,45, , , ,1 !旋转长方体 wpro,,-90.000000, !旋转回原工作平面 CYLIND,0.0015,0,-0.05,0.01,0,360 !建立小圆柱体 VSBA,2,1 VDELE,4,,,1 FLST,2,2,6,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,3 VADD,P51X CYLIND,0.025,0,-0.05,0.05,0,360 !建立大圆柱体 VSBV,1,2 MSHAPE,1,3D MSHKEY,0 !* CM,_Y,VOLU VSEL, , , , 3 CM,_Y1,VOLU CHKMSH,'VOLU' CMSEL,S,_Y !* VMESH,_Y1

任意三维裂纹扩展分析-0319

任意三维疲劳裂纹扩展分析 1.前言在工程实际中，真实的结构总是存在众多缺陷或裂纹，对于一个含裂纹或缺陷的构件，多在其服役荷载远低于容许强度的情况下就发生了破坏。实际工程结构在经受长时间多因素综合作用下，产生变形、裂纹等缺陷，从而导致整个结构的失效。结构的失效主要由疲劳引起，其最终失效形式即为断裂，有大约80%以上的工程结构的断裂与疲劳有关，由疲劳引起的巨大经济损失及灾难性的后果不胜枚举。我们通常不能仅仅因为某个构件出现了裂纹就简单的认为该构件不安全或不可靠，尤其是对于大型设备的重要构件，因为这将使企业耗费高昂的成本。对于出现的裂纹，以往多采用以下几种处理办法：一是对出现裂纹的构件进行更换，这对于含裂纹但仍能工作的构件是一个巨大的浪费。二是强行停止使用进行维修，这样会带来巨大的经济损失；三是冒险继续使用，但这样会带来巨大风险，甚至会造成人员伤亡。所以，人们更想知道，出现的裂纹是否会在既定载荷（包括疲劳载荷在内的任意载荷）下扩展成不安全或失效的临界尺寸，因此，出现了疲劳裂纹扩展分析。疲劳裂纹扩展分析是采用断裂力学的理论和方法对含裂纹等缺陷构件的失效过程进行分析，以评估产品的安全性和可靠性，可以进行损伤容限评估和剩余寿命预测等，已经在化工机械、飞行器、核工业等各个工程领域得到了广泛应用，并得到了世界各国政府及学术机构的重视。 2.疲劳裂纹扩展分析软件在工程实践中，疲劳裂纹扩展分析已成为评估产品性能、改良产品设计和提高服役寿命的一个重要工具。目前，疲劳裂纹扩展分析主要有解析法和数值法这样两种方法，下面分别介绍这两种方法。 1）解析法解析法主要依据相应的规范和经验公式，将复杂的三维问题简化为二维问题，并对复杂的裂纹形状和荷载状态进行简化，然后用经验的方法对裂纹安全性进行评估。但对于大量结构复杂的工程实际问题却无能为力，况且其简化后的分析准确度及是否真实逼近服役情况也值得探讨。目前，工程上有几款基于解析法而开发的裂纹扩展分析软件，它们主要应用于航空标准结构的裂纹扩展分析，包括DARWIN、NASGRO、AFGROW等。这些软件内嵌了航空结构多种形式的标准裂纹库，通过修改相应的模型尺寸、边界条件、载荷、裂纹位置和尺寸等参数即可根据内含的公式或内插表快速得出断裂力学结果，用来计算或查找标准航空结构中给定裂纹尺寸、载荷和形状的应力强度因子，仅能计算裂纹库里已有的裂纹模型的应力强度因子，并且适用于相对简单的几何和载荷，往往忽略真实的条件，如温度、非平面裂纹、复杂形状的裂纹、几何形状复杂的部件、部件之间的接触、残余应力和局部应力集中等。如要获得较为准确的结果，需要利用实验数据或其它方法对计算结果进行修正，但修正系数的取值往往很难确定，要靠经验来判断，并不具备求解复杂结构中三维裂纹扩展的能力。 2）数值法近年来，随着有限元软件的发展，基于数值法的裂纹扩展分析软件已成功应用于解决工

动态扩展裂纹的若干反平面问题的研究

第26卷第1期2005年3月力学季刊CHINESE QUART E RLY OF MECHANIC S Vol.26No .1 March 2005 动态扩展裂纹的若干反平面问题的研究王刚1 ,吕念春2 ,唐立强1 ,程云虹 3 (1.哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001;2.哈尔滨工程大学建筑工程学院,哈尔滨150001; 3.东北大学土木工程系,沈阳110006)摘要:采用复变函数论,对反平面条件下的动态裂纹扩展问题进行研究。通过自相似函数的方法可以获得解析解的一般表达式。应用该法可以很容易地将所讨论的问题转化为Riemann )Hilbert 问题,并可以相当简单地得到问题的闭合解。文中分别对裂纹面受均布载荷、坐标原点受集中增加载荷、坐标原点受瞬时冲击载荷以及裂纹面受运动集中载荷Px/t 作用下的动态裂纹扩展问题进行求解,得到了裂纹扩展位移、裂纹尖端的应力和动态应力强度因子的解析解。应用该解并通过叠加原理,就可以求得任意复杂问题的解。收稿日期:2004-05-09 关键词:复变函数;反平面;裂纹扩展;解析解中图分类号:O346.1 文献标识码:A 文章编号:0254-0053(2005)01-121-7 Studies on Some An t-i Plane Problems of a Dynamic Propagation Crack WANG Gan g 1 ,L B Nian-chun 2 ,TANG Li-qian g 1 ,CHENG Yu n-hong 3 (1.Shipping Project Institute.Harbin Engineering University,Harbin 150001,China;2.School of Ship ping Engineering,Har bin Engineering University,Harbin 150001,China;3.Dep artment of Civil E ngineering,Northeastern University,Shenyang 110006,China) Abstract:By the application of complex functions theory,the dynamic crack propagation problems under the condition of ant-i plane were investigated.The general representations of analytical solutions were ob -tained by the methods of selfsimilar functions.The problems can be easily transformed into Riemann -Hi-l bert problems and their closed solutions were attained rather simple by this method.The dynamic crack propagation problems for the cracked surfaces subjected to uniform loads,an increasing load concentrated at the origin of the coordinates,an instantaneous impulse load at the origin of the coordinates and the ed -ges of the crack subjected to a moving concentrated load were solved respectively,and the analytical solu -tions on the displacements of crack propagation,stresses of the crack tip and dynamic stress intensity fac -tors could be obtained.Utilizing those solutions and superposition theorem,the solutions of arbitrarily complex problems can be found. Key words:complex functions;ant-i plane;crack propagation;analytical solutions 由复合材料组成的各类结构极易出现微观裂纹,裂纹逐渐扩展并导致结构失稳,丧失结构的承载能力,因此研究裂纹扩展问题具有重要意义。对这类静力问题已有许多人进行了研究,但这一类动力学问题,由于数学上的困难,人们研究的还远远不够深入 [1-3] ,因此有必要对反平面的断裂动力学问题进行了深入研究,利用复变函数论的方法给出解的一般表示。应用该法可以很容易地将所论问题转化为Riemann -Hilbert 问题,而后一问题容易用通常的Muskhelishvili [4-5] 方法求解。