利用ABAQUS模拟裂纹.ppt
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。
abaqus 模拟裂纹技术总结解析
理论
技术方法 debond
应用类型
LEFM cohesive element
脆性断裂
Damage
collapse element
韧性断裂
XFEM
理 论 模 型
1.线弹性断裂力学 （LEFM） 2.基于牵引分离规则的损伤力学 （damage base traction-separation laws）
开裂前：
开裂后：
特点: • • • • 适合模拟脆性或韧性裂纹 能输出裂纹扩展时的能量释放率 不一定要设置预置裂纹 只能沿预定裂纹扩展路径扩展
3. Collapes element
在abaqus中的操作步骤：
设置预制 裂纹的扩 展方向， 裂纹尖端 的奇异性 参数
实现 裂纹 扩展 模拟
实例：
开裂前：
开裂前：
开裂后：
特点: • 需预置裂纹和裂纹扩展路径 • 只适合于模拟脆性裂纹 • 能输出裂纹扩展时的能量释放率
2. Cohesive element
在abaqus中的操作步骤：
建立一个 连接两个 部件的part
给part设定 cohesive属 性断裂准则 和厚度
实现 裂纹 模拟
实例：
结果：
目的：通过对各种软件和技术的分析和实验找出适合于模 拟热障涂层裂纹的软件和技术
Chen X. Surface & Coatings Technology, 2006, 200: 3418-3427.
abaqus简介
• abaqus能提供从热障涂层建模到有限元计 算这整个过程所需的软件支持 • abaqus最擅长于动态非线性分析 • abaqus操作简单，使用方便
1.debond 2.cohesive element 3.collapes element 4.XFEM
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=XX0,1,……......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，先在对角线和边上布点，记住要点constraint, 然后选第三个选项do not allow the number of elements to change不准seed变化，密度可以自己调整. 最里面靠近圆的正方形可以只在对角线上布点. 也可以进一步分割内圆及在圆周上布点. 里面裂尖周围的内圆选free mesh, element type选cps6或者cpe6，外面四边形选sweep mesh, element type选cps8或者cpe8, 记住把quad下那个缩减积分的勾去掉。
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理论 LEFM Damage
技术方法 debond
cohesive element
collapse element
XFEM
应用类型
脆性断裂
韧性断裂
理 论
1.线弹性断裂力学 （LEFM）
模 型
2.基于牵引分离规则的损伤力学 （damage base traction-separation laws）
基于abaqus模拟热障涂层裂纹的 技术与方法
提纲
• 背景及目的 • abaqus简介 • abaqus中四种模拟裂纹技术的简介及实例 • 下一步计划
背景及目的
• 研究方向：CMAS对热 障涂层失效的影响。
• CMAS主要是影响热障 涂层应力和温度分布， 从而影响热障涂层脱落 速度。
• 热障涂层脱落主要是由 热障涂层中的裂纹状况 决定。
xfem在abaqus中的操作步骤实例结果开裂前开裂后不一定要设置预置裂纹裂纹可沿任意路径扩展不能输出裂纹扩展过程中的能量释放率特点结论由于热障涂层的裂纹大部分是脆性裂纹研究中能量释放率是一个重要的参考指标同时考虑操作过程难易情况因此选择abaqus中的debond技术来模拟cmas对热障涂层中裂纹的扩展的影响下一步计划用abaqus建立覆盖有cmas的热障涂层物理模型将物理模型转化为数值模型实现模型中裂纹的扩展thankyouforyourlistening
abaqus 技术
1.debond 2.cohesive element 3.collapes element 4.XFEM
1. debond
在abaqus中的操作步骤：
在分析步 之前设置 initial condition
abaqus混凝土裂缝计算
abaqus混凝土裂缝计算摘要：一、引言二、abaqus软件介绍三、abaqus混凝土裂缝计算方法1.材料模型的选择2.边界条件和加载设定3.后处理分析裂缝四、结论正文：一、引言随着我国基础设施建设的快速发展，混凝土结构的工程应用越来越广泛。
在混凝土结构中，裂缝是一个常见的问题，它不仅影响美观，还可能影响结构的性能和使用寿命。
因此，对混凝土裂缝进行准确预测和控制具有重要意义。
本文将介绍如何使用abaqus软件进行混凝土裂缝计算。
二、abaqus软件介绍Abaqus是一款强大的有限元分析软件，广泛应用于各种工程领域。
它具有丰富的材料模型库，可以为用户提供多种分析功能，包括线弹性分析、非线性分析、热力学分析等。
三、abaqus混凝土裂缝计算方法1.材料模型的选择在abaqus中，混凝土的材料模型通常选择为C3D8。
此外，还需要定义混凝土的强度、弹性模量、泊松比等参数。
对于钢筋，可以选择C3D20或C3D20R模型，并定义钢筋的强度、弹性模量等参数。
2.边界条件和加载设定在建立模型之后，需要设置模型的边界条件。
对于固定边界，可以设置固定约束；对于转动约束，可以设置旋转约束。
在设置加载条件时，应根据实际工况选择合适的加载类型，如位移加载、力加载等。
3.后处理分析裂缝在abaqus中，可以通过后处理工具对模型进行分析。
在后处理中，可以查看混凝土和钢筋的应力、应变分布，以及裂缝的产生和发展情况。
此外，还可以通过输出裂缝的分布图、最大宽度等参数，以便对裂缝进行进一步分析。
四、结论使用abaqus软件进行混凝土裂缝计算，可以为实际工程提供有效的分析手段。
通过对材料模型、边界条件和加载条件的设置，可以模拟混凝土结构在各种工况下的裂缝发展情况。
基于ABAQUS的裂纹扩展仿真软件及应用
基于ABAQUS的裂纹扩展仿真软件及应用摘要：裂纹扩展仿真软件是材料力学领域中重要的工具之一。
本文介绍了一种基于ABAQUS的裂纹扩展仿真软件的开发和应用。
该软件结合ABAQUS的强大有限元分析功能和裂纹扩展理论，能够模拟裂纹在不同材料中的扩展过程，并可以用于评估裂纹扩展的速率、路径和影响因素等。
通过实例分析，展示了该软件在材料工程中的应用价值。
关键词：ABAQUS；裂纹扩展；仿真软件；应用1. 引言裂纹扩展是一种材料破坏的典型形式，对材料的强度、可靠性以及使用寿命有重要影响。
因此，对裂纹扩展的研究具有重要意义。
传统的实验方法虽然可以获得一些关于裂纹扩展的数据，但是实验周期长、成本高，不能满足大规模数据收集和分析的需求。
裂纹扩展仿真软件的开发就能够解决这一问题。
2. 基于ABAQUS的裂纹扩展仿真软件开发ABAQUS是一款功能强大的有限元分析软件，可以模拟材料的力学行为。
基于ABAQUS的裂纹扩展仿真软件利用ABAQUS的有限元方法，采用计算机辅助设计和数值计算方法，结合裂纹扩展理论，实现了裂纹扩展过程的模拟。
软件开发的核心是建立裂纹扩展模型。
首先，根据实际应用需求和研究目的，选取合适的材料模型，提取材料力学性质的参数。
然后，根据裂纹扩展行为的实际情况，选择适当的裂纹模型，并设计计算网格。
考虑到裂纹扩展过程中应力场的复杂性，需通过迭代计算得到裂纹尖端处的应力强度因子。
最后，计算得到裂纹扩展速率，并更新裂纹形貌。
3. 基于ABAQUS的裂纹扩展仿真软件应用基于ABAQUS的裂纹扩展仿真软件在材料工程领域中有着广泛的应用。
以下是一些典型的应用场景：3.1 裂纹扩展速率评估该软件可以模拟不同材料中的裂纹扩展过程，并可以根据计算结果评估裂纹扩展的速率。
通过对不同材料的裂纹扩展机制和速率的仿真，可以为材料的设计和改良提供参考。
3.2 裂纹扩展路径分析裂纹扩展仿真软件还能够模拟裂纹在材料中的传播路径。
对于复杂结构和材料，通过仿真软件可以预测裂纹传播的路径，并为结构强度和寿命分析提供依据。
基于abaqus的三维裂纹建模实例
ABAQUS XFEM Tutorial: 3D Edge Crack Written By: Matthew Jon Pais, University of Florida (2010)Website: Email: mpais@, matthewjpais@Creating the Uncracked Domain1. 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.3. Use 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 Domain1. Double click on Parts. Enter name as Crack, Modeling Space is 3D, Type is Deformable, Base Feature is Shell, Type is Extrusion and Approximate Size is 5. Click Continue.2. Draw a line from (-2,0) to (-1,0). Click Done. Enter 4 for depth. Click Ok.3. Expand Assembly, then double click on Instances. Select Crack. Accept default settings by clicking Ok.4. Double click on Interactions. Click Cancel. From top menu click Special, then Crack, then Create. Name as EdgeCrack, Type is XFEM. Click Continue. Select the uncracked domain as the Crack Domain. On the menu which appears, Specify the Crack Location by clicking on the line signifying the crack. Click Ok.5. 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 Loads1. Double click on Steps. Enter Name as Loading. Accept default setting and click Continue. Accept default settings and click Ok.2. Double click on Loads. Enter name as TopPressure, Category is Mechanical, Type is Pressure. Click Continue. Select the top edge of the domain. Click Done. Enter -1 as Magnitude, other settings are default. Click Ok.3. Repeat step 2 for the bottom edge of the domain, entering the name as BottomPressure.4. Double click on BCs. Enter name as FixedBREdge, Step is Initial, Category is Mechanical, Types for Selected Step is Displacement/Rotation. Click on the bottom right edge through the thickness of the domain. Click Done. Set U1, U2 and UR3 to zero. Click Ok.5. Repeat step 4 for the top right corner of the domain. Enter name as RollerTRC. Set U1 and UR3 to zero.6. Expand Field Output Requests, double click on F-Output-1. Expand the Failure/Fracture options and check the box next to PHILSM, Level set value phi. Click Ok. This will allow you to view the level set function defining the crack.Solving the System of Equations1. Double click on Jobs. Enter name as EdgeCrack3D. Click Continue. Accept default settings by clicking Ok.2. Expand Jobs. Right click on EdgeCrack3D and click Submit.3. Right click on EdgeCrack3D, click Results to view results.。
基于abaqus的压电材料裂缝数值模拟
基于abaqus的压电材料裂缝数值模拟摘要:压电材料为横观各向同性材料，有5个独立的弹性常数、3个独立的压电常数，2个独立的介电常数。
不同于各向同性材料，压电材料需要在建模时指明材料方向。
用abaqus建立4cm4cm的压电材料模型，中心有一个微小裂纹，利用mcci方法计算出在荷载作用下裂纹尖端的应变能释放率，与解析解相比较，发现结果吻合良好。
关键词：压电材料、常数、数据处理引言随着有限元法的发展，绝大多数工程问题都可以通过其得到令人满意的解答，abaqus作为通用有限元软件，强大的求解器能够很好的处理各种非线性问题。
压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。
1880年，由法国物理学家P.居里和J.居里兄弟发现。
把重物放在石英晶体上，晶体某些表面会产生电荷，电荷量与压力成比例。
这一现象被称为压电效应。
随即，居里兄弟又发现了逆压电效应，即在外电场作用下压电体会产生形变。
利用压电材料的这些特性可实现机械振动（声波）和交流电的互相转换。
因而压电材料广泛用于传感器元件中，例如地震传感器，力、速度和加速度的测量元件以及电声传感器等。
这类材料被广泛运用，举一个很生活化的例子，打火机的火花即运用此技术。
压电材料本构关系压电材料的本构方程有基于应力和基于应变两种形式，其在垂直于极化方向的平面上是各项同性的。
Yang[1]的文献中基于应力给出本构方程如下：其中为电位移分量，为压电常数，为介电常数，场强分量。
上述方程是以z轴方向为极化方向。
本文的计算模型以y轴为极化方向，所以需要调整各系数矩阵中参数的位置。
调整之后如下mcci计算应变能释放率Rybicki[2]文献中介绍了MCCI方法，利用裂纹尖端区域的节点力以及节点位移可以很方便的计算出应变能释放率。
I型裂纹的应变能释放率给出如下：应力强度因子与能量释放率的关系无限大板I型中心裂纹的应力强度因子解析解表达式为：，首先计算出应力强度因子，再根据其与应变能释放率的关系即可得压电材料无限大板中心裂纹的应变能释放率解析解，Z.Suo[4]文献中详细推导了两者之间的关系，现直接给出结果如下：其中，为Irwin矩阵，由材料的弹性参数，压电参数以及介电常数通过复变函数求解得到。
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开裂后：
特点:
• 适合模拟脆性或韧性裂纹 • 能输出裂纹扩展时的能量释放率 • 不一定要设置预置裂纹 • 只能沿预定裂纹扩展路径扩展
3. Collapes element
在abaqus中的操作步骤：
设置预制 裂纹的扩 展方向， 裂纹尖端 的奇异性 参数
实现 裂纹 扩展 模拟
实例：
开裂前：
开裂前：
开裂后：
特点:
• 需预置裂纹和裂纹扩展路径 • 只适合于模拟脆性裂纹 • 能输出裂纹扩展时的能量释放率
2. Cohesive element
在abaqus中的操作步骤：
建立一个 连接两个 部件的part
给part设定 cohesive属 性断裂准则 和厚度
实现 裂纹 模拟
实例：
结果：
基于abaqus模拟热障涂层裂纹的 技术与方法
提纲
• 背景及目的 • abaqus简介 • abaqus中四种模拟裂纹技术的简介及实例 • 下一步计划
背景及目的
• 研究方向：CMAS对热 障涂层失效的影响。
• CMAS主要是影响热障 涂层应力和温度分布， 从而影响热障涂层脱落 速度。
• 热障涂层脱落主要是由 热障涂层中的裂纹状况 决定。
abaqus 技术
1.debond 2.cohesive element 3.collapes element 4.XFEM
1. debond
在abaqus中的操作步骤：
在分析步 之前设置 initial condition
在分析步
中设置 debond的 条件
实现 裂纹 扩展 模拟
实例：
结果：
开裂后：
特点:
• 参数设置复杂 • 需预置裂纹 • 裂纹可沿任意路径扩展 • 可模拟韧性或脆性裂纹 • 裂纹扩展距离有限
4. XFEM
在abaqus中的操作步骤：
设置断裂 准则和预 值裂纹
模拟裂纹 开裂和扩 展
实特点:
• 不一定要设置预置裂纹 • 裂纹可沿任意路径扩展 • 不能输出裂纹扩展过程中的能量释放率
结论
由于热障涂层的裂纹大部分是脆 性裂纹，研究中能量释放率是一个重 要的参考指标，同时考虑操作过程难 易情况，因此选择abaqus中的debond技 术来模拟CMAS对热障涂层中裂纹的 扩展的影响。
下一步计划
用abaqus建立覆盖有CMAS的热障涂层物 理模型 将物理模型转化为数值模型 实现模型中裂纹的扩展
• 有限元是将实际情况和 理论联系起来最有效的 工具之一。
目的：通过对各种软件和技术的分析和实验找出适合于模 拟热障涂层裂纹的软件和技术
Chen X. Surface & Coatings Technology, 2006, 200: 3418-3427.
abaqus简介
• abaqus能提供从热障涂层建模到有限元计 算这整个过程所需的软件支持
• abaqus最擅长于动态非线性分析 • abaqus操作简单，使用方便
理论 LEFM Damage
技术方法 debond
cohesive element
collapse element
XFEM
应用类型
脆性断裂
韧性断裂
理 论
1.线弹性断裂力学 （LEFM）
模 型
2.基于牵引分离规则的损伤力学 （damage base traction-separation laws）