金属板裂纹缺陷的有限元仿真研究
基于PZT的金属结构焊缝裂纹检测仿真研究
Ｐ Ｚ Ｔ传 感 器 的 焊 缝 裂 纹 损 伤 程 度 和定 位 方 法 识 别 ． 仿 真结果 表明 ， 压 电 导 纳 频 谱 曲线 对 裂 纹 深 度
和裂纹 与 Ｐ Ｚ Ｔ 的偏 移 距 离 很 敏 感 ， 呈 现 出一 定 的 规 律 性 ． 压 电阻 抗 法 可 以用 于 对 焊 缝 裂 纹 损 伤 程
第 ３ ８卷 第 １期
２ Ｏ １ ４年 Ｏ ２月
武 汉理 工 大学学 报 （ 交通科 学 与工 程版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｗｕ ｈ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
（ Ｔｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ＆ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ）
损 伤 检 测 理 论 基 础
１ ． １ Ｐ Ｚ Ｔ 的 特 性
载荷 循 环作 用下 ， 微 裂纹 将 向宏 观扩 展 ， 扩 展 到一 定程 度 的裂 纹将 严 重威胁 起 重机 械结 构 的安全 ．
焊 接是 起重 机 金 属 结 构 中最 重 要 、 最 普 遍 的
Ｐ Ｚ Ｔ材 料具 有正 压 电效 应 和逆 压 电效 应 ， 它
纹 的检 测是 金属 结 构安 全 检测 的重 要组 成部 分．
在 役起 重机 械 结构 焊缝 的检 测 方法包 括 磁粉 检测、 超声 波检 测 、 声 发 射 检测 等［ １ ］ ， 不 同 的检 测 方 法各 有 优缺 点 ． 传 统 的无 损 检 测 方 法 检测 效率
低， 检 测 范 围小 ， 损 伤 检 出 率不 高 ． 声 发 射 检 测 法
既可作 为 驱动 元件 也可作 为 传感 元 件． 当Ｐ Ｚ Ｔ 受 到特 定方 向 的外 力 作 用 时 ， 其 内部 电 畴 呈有 序 同 向状 态在 特定 表 面 出 现 束缚 电荷 ， 对 外 表 现 出极
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。
基于有限元仿真的铝合金钣金件橡皮囊精确成形工艺研究
基于有限元仿真的铝合金钣金件橡皮囊精确成形工艺研究摘要:钣金零件精确成形技术是保证钣金零件质量，降低生产成本，提高生产效率的重要手段。
橡皮囊成形技术是钣金精确成形重要的方法之一。
该工艺具有以下优点：成形零件表面质量好、效率高、工装成本低，适合小批量、多品种的产品生产，在航空制造领域中应用十分广泛。
本文的重点是解决铝合金零件橡皮囊成形难题，将钣金零件毛料预示技术及有限元仿真技术运用于成形过程中，以期实现铝合金零件橡皮囊精确成形。
通过本文的研究，实现了典型铝合金钣金件的橡皮囊精确成形，研究成果将有助于指导飞机制造的实际工艺过程。
关键词：橡皮囊成形，铝合金，精确成形， PAM -Stamp仿真分析1 实施背景铝合金因其具有耐腐蚀性强、比强度高、疲劳抗力较高及切削加工性好，目前逐渐广泛应用于汽车、航空、航天、建筑、兵器、造船等工业领域，特别在航空工业中，铝合金零件是先进制造技术的重要标志。
对于成形方式，相比于冲压成形方式，橡皮囊成形具有可以成形复杂形状零件、减少模具数量、厚度分布均匀和回弹较小等优点。
相比于其他成形方式，橡皮囊成形具有自己独特的优势：一次可同时成形多个零件，生产效率高；模胎结构简单，只使用半模；零件的表面质量高，没有擦伤或划伤等，设备通用，工艺装备简单，调节方便，生产率高等。
但是橡皮囊成形也存在不少缺点：压力高，容框面积大。
橡皮成形机床的工作台面积和单位压力不断增大，最大压床现已超过1000MN, 成形机床的价格非常昂贵；成形后的零件还要整形；成形零件的高度有限制:橡皮使用寿命有限。
国内所有主机厂也都进口了先进的高压橡皮囊液压机，在硬件设备上并不落后，但制造能力还停留在较低的水平，主要体现在：1）零件成形的几何精度较低，影响后续装配。
如果用橡皮囊成形工艺生产的直弯边、曲弯边、浅拉深件等特征的零件，其成形后回弹明显。
按目前几何精度的要求，零件角度误差必须在 1～1.5°以内。
不管是退火态材料还是淬火态材料，采用此方法直接成形得到的零件的回弹误差均超过要求。
金属材料强度分析中的有限元模拟方法
金属材料强度分析中的有限元模拟方法引言：金属材料的强度分析是工程设计和结构优化的重要工具。
有限元模拟方法是一种广泛应用于工程领域的数值分析方法，能够模拟结构在受力条件下的行为，并计算材料的强度参数。
本文将介绍金属材料强度分析中的有限元模拟方法，并探讨其在实际工程中的应用。
1. 有限元模拟方法概述有限元模拟方法是一种将连续物体分割为离散的有限元素，并采用数学模型来描述这些元素之间的相互作用的数值方法。
在金属材料强度分析中，有限元模拟方法能够精确地描述结构的几何形状、材料特性和受力条件，并通过求解结构中各个节点的应力和变形来计算强度参数。
2. 金属材料强度分析的主要步骤金属材料强度分析的主要步骤包括几何建模、材料特性定义、边界条件设置、应力求解和强度参数计算。
首先，需要对结构进行几何建模。
通过计算机辅助设计（CAD）软件，可以准确地绘制材料的二维或三维几何模型。
在建模过程中，需要注意结构的尺寸、形状和边界条件的设置。
其次，需要定义材料的特性。
金属材料的强度特性包括杨氏模量、泊松比、屈服强度和断裂韧性等。
这些特性可以通过实验测试或材料数据库获得。
然后，需要设置结构的边界条件。
边界条件是指结构在受力情况下的约束条件。
常见的边界条件包括固定边界、受力边界和支撑边界。
这些条件的设置直接影响到模拟结果的准确性。
接下来，通过求解有限元方程组，计算结构中各个节点的应力和变形。
有限元方程组可以由结构的刚度矩阵和载荷矢量构成。
通过求解这个方程组，可以得到结构的应力和变形分布。
最后，通过计算定义的强度参数，评估结构的强度。
常见的强度参数包括最大主应力、最大剪应力、等效应力和变形能等。
这些参数能够帮助工程师评估结构的可靠性和安全性。
3. 有限元模拟方法的应用金属材料强度分析中的有限元模拟方法在实际工程中有广泛的应用。
以下是几个典型的应用案例：（1）机械零件强度分析：通过有限元模拟方法，可以评估机械零件在受力条件下的强度。
金属材料疲劳裂纹扩展研究综述
内容摘要
海洋钢结构在海洋环境中承受着复杂的力学环境和疲劳载荷。疲劳裂纹扩展 是导致其结构破坏的主要原因之一，因此，对海洋钢结构的疲劳裂纹扩展进行准 确预报具有重要意义。本次演示主要探讨一种单一扩展率曲线模型在海洋钢结构 疲劳裂纹扩展预报中的应用。
一、单一扩展率曲线模型
一、单一扩展率曲线模型
单一扩展率曲线模型是一种基于应力强度因子和应力循环次数的关系来预测 裂纹扩展的方法。它假定裂纹扩展速率仅与应力强度因子幅值和应力循环次数有 关，而与应力的其它参数如平均应力、应力比等无关。这种模型的优点是能够用 一条曲线来描述裂纹扩展的全过程，简洁直观。
4、金属材料疲劳裂纹扩展的应用领域和未来研究方向
未来研究方向主要包括以下几个方面：首先是深入研究金属材料疲劳裂纹扩 展的机理和影响因素，以进一步揭示其本质和规律；其次是发展更加准确、高效 的研究方法和技术手段，以更好地模拟和分析材料的疲劳裂纹扩展行为；第三是 加强针对不同约束条件下的裂纹扩展模型和实验方法的研究，以更好地应用于实 际工程中；最后是拓展金属材料疲劳裂纹扩展的应用领域，如智能材料、生物医 用材料等领域，以发挥其更加广泛的作用。
在几何约束条件下，裂纹扩展模型主要考虑材料的几何特征、裂纹形状和扩 展方向等因素。在物理约束条件下，需要考虑材料的物理性质、力学性能和化学 成分等因素对裂纹扩展的影响。在工程约束条件下，需要考虑实际工程中材料的 服役条件、载荷形式和工作环境等因素对裂纹扩展的影响。
3、基于不同约束条件下的裂纹扩展模型和实验方法
主体部分
1、金属材料疲劳裂纹扩展的机 理和影响因素
1、金属材料疲劳裂纹扩展的机理和影响因素
金属材料疲劳裂纹扩展的机理主要包括应力腐蚀、疲劳裂纹扩展和断裂力学 等。应力腐蚀主要指在应力和腐蚀介质共同作用下，材料内部产生微裂纹并逐渐 扩展的现象。疲劳裂纹扩展则是在循环载荷作用下，材料内部初始裂纹发生疲劳 扩展的过程。断裂力学则是从材料的力学性能出发，研究裂纹扩展的规律和预测 材料的断裂行为。
FGH95粉末高温合金蠕变裂纹扩展有限元数值模拟研究
合金假 设为弹性 一蠕 变体 ，蠕变变形采用 Ｎ ｒ ｎ模 型描述。蠕变裂纹扩展模拟 时考虑 了两种裂纹扩展速率 ，分别 ｏｔ ｏ 为 ３ ５ １。值模拟结果表明 ：Ｆ Ｈ９ 合金在 ７ ０Ｃ下 ． ￣ ０ｍｍ ｈ（ ２ ．× ０ｍｎ／ ｈ（ Ｇ ５ ０￣ 发生蠕变裂纹扩展 时，弹性变形引起的标准Ｃ Ｔ试样加 载线位移 在 总位移中起主导作 用，蠕 变变形引起的加载线
（ ． １ ￣ ／） ｅｅ ｏ ｓ ｅ ｄ Ｔ ｅ ｕ ｅ ｃ ｌｉ ｌ ｉ ｓｌｓｏ ｔ ｔ ｎ ｅ ｒｃ ｓ ｏ ｃａｋｇｏ ｔ ｆ Ｇ ５ ｔ ０ 。 ６ ｘ ０ｍｍ ｈ ，ｗ ｒ ｃ ｎｉ ｒ ． ｈ ｎ ｍ ｒ ａ ｓ ａ ｏ ｒ ｕ ｗｓｈ ，ｉ ｔ ｐｏ ｅｓ ｆ ｒｃ ｒ ｗ ｈｏ Ｆ Ｈ９ ７ ０ ５ ｄ ｅ ｉ ｍｕ ｔ ｎ ｅ ｔ ｈ ａ ｈ ａ
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Ｃ，ｔｅｏｄｌ ｅ ｅ ｅｔ ｎ ｕ ｔ ｅ ｔ ｉ （ｅｄｍｉ ｔ ｔｅｏ ｌｅ ｅｔ ｎ 功，ｗｉ ｏｌ ｌ ａｔｕ ｔｃｅｐ ）Ｆ ｒｏｈ ｈ ｌ —ｎ ｄｆ ｃｏ ｄ ｅｏ ｌ ｉｔ Ｖ ｏ ｎ ｅ ｈ ｔ ａｄｆ ｃｏ （ ａ ｉ ｌ ｉ ａ ｃｙ ） ｓ ａｓ ｔ ｌ ｉ ｔ ｎｙ ｍａ ｐｒｄｅｏ ｒｅ （ ．ｏ ｂ ｔ ｈ ｓ ｌ
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焊接接头裂纹扩展行为的模拟与实验研究
焊接接头裂纹扩展行为的模拟与实验研究焊接接头是工程结构中常见的连接方式，它能够将不同部件牢固地连接在一起。
然而，焊接接头在使用过程中可能会出现裂纹扩展的问题，这会对结构的强度和稳定性造成严重影响。
因此，研究焊接接头裂纹扩展行为成为了工程界的一个重要课题。
为了深入了解焊接接头裂纹扩展行为，研究者们进行了模拟与实验研究。
通过这些研究，我们可以更好地理解焊接接头的裂纹扩展机理，并采取相应的措施来预防和修复裂纹。
在模拟研究中，研究者们通常采用有限元分析方法来模拟焊接接头的裂纹扩展行为。
有限元分析是一种数值计算方法，它将复杂的结构分割成许多小的有限元，通过求解各个有限元的力学方程来模拟结构的力学行为。
通过对焊接接头的有限元建模，研究者们可以分析裂纹扩展的路径和速度，并预测接头的寿命。
实验研究是验证模拟结果的重要手段。
研究者们通常通过制作焊接接头试样，并在实验室中进行拉伸、弯曲等力学试验，来观察裂纹的扩展情况。
实验中，研究者们会使用显微镜等设备对裂纹进行观察和测量，以获得裂纹扩展路径和速度的实际数据。
通过对模拟和实验结果的对比，研究者们可以验证模拟方法的准确性，并进一步改进模型。
焊接接头裂纹扩展行为的模拟与实验研究不仅可以帮助我们了解裂纹扩展的机理，还可以为工程实践提供指导。
例如，通过模拟和实验研究，研究者们可以确定焊接接头的最佳设计参数，以提高接头的抗裂纹扩展能力。
此外，研究者们还可以开发新的焊接材料和工艺，以减少裂纹的产生和扩展。
然而，焊接接头裂纹扩展行为的研究仍然面临一些挑战。
首先，焊接接头的裂纹扩展行为受到多种因素的影响，如应力状态、材料性能等，因此需要综合考虑这些因素来进行研究。
其次，焊接接头的裂纹扩展是一个复杂的过程，涉及到多种力学机制，因此需要开发更加精确和细致的模型来描述裂纹扩展行为。
总之，焊接接头裂纹扩展行为的模拟与实验研究是一个重要而复杂的课题。
通过这些研究，我们可以更好地理解焊接接头的裂纹扩展机理，并采取相应的措施来预防和修复裂纹。
OLED金属走线弯折过程裂纹扩展有限元分析
第３３卷㊀第５期２０１８年５月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀C h i n e s e J o u r n a l o fL i q u i dC r y s t a l s a n dD i s p l a ys ㊀㊀㊀㊀㊀V o l ．３３㊀N o ．５㊀M a y ２０１８㊀㊀收稿日期:２０１８Ｇ０１Ｇ２８;修订日期:２０１８Ｇ０３Ｇ０５．㊀㊀基金项目:教育部新世纪优秀人才支持计划(N o ．N C E T Ｇ１３Ｇ０２２９);国家杰出青年基金(N o ．N S F C ５１７２５５０４)S u p p o r t e db y t h eP r o g r a mf o rN e w C e n t u r y E x c e l l e n tT a l e n t s i nU n i v e r s i t y (N o ．N C E T Ｇ１３Ｇ０２２９);N a Ｇt i o n a l S c i e n c eF u n d f o rD i s t i n g u i s h e dY o u n g Sc h o l a r s (N o ．N S F C ５１７２５５０４)㊀㊀∗通信联系人,E Ｇm a i l :l i a o vd u n m i n g＠h u s t ．e d u ．c n 文章编号:１００７Ｇ２７８０(２０１８)０５Ｇ０４２７Ｇ０６O L E D 金属走线弯折过程裂纹扩展有限元分析张㊀博１,廖敦明１∗,刘正周１,滕子浩１,吴㊀棣１,陈继峯２,林书如２(１．华中科技大学材料科学与工程学院,湖北武汉４３００７４;２．武汉华星光电半导体显示技术有限公司,湖北武汉４３００７８)摘要:针对O L E D 面板C O F (C h i p o nF i l m )连接过渡区在弯折过程中易发生金属走线断裂的问题,本文对金属走线中裂纹的扩展机理以及抑制裂纹扩展的方法进行了研究.基于复合材料界面裂纹偏转与穿透理论分析了金属走线与有机光阻界面处的裂纹扩展方式,比较了两种金属走线结构在裂纹扩展过程中的应力强度因子变化.仿真结果表明,金属走线与有机光阻的裂纹倾向于沿垂直走线的方向扩展,裂纹沿着界面扩展的趋势很小.对比两种不同金属走线(环状与条状)的应力强度因子发现,环状金属走线内部靠近孔处的应力强度因子降低了９５％,能有效抑制金属走线中的裂纹扩展.关㊀键㊀词:金属走线;裂纹扩展;能量释放率;应力强度因子中图分类号:O ３４６．１;T N ８７３㊀㊀文献标识码:A㊀㊀d o i :１０．３７８８/Y J Y X S ２０１８３３０５．０４２７F i n i t e e l e m e n t a n a l ys i s o f c r a c k g r o w t ho fm e t a l l i n e i n b e n d i n gpr o c e s s o fO L E D p a n e l Z H A N GB o １,L I A O D u n Ｇm i n g １∗,L I UZ h e n gＧz h o u １,T E N GZ i Ｇh a o １,WU D i １,C H E NJ i Ｇf e n g ２,L I NS h u Ｇr u ２(１．S c h o o l o f M a t e r i a l sS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,H u a z h o n g U n i v e r s i t y o f Sc i e n c e a nd Te c h n o l o g y ,W u h a n ４３００７４,C h i n a ;２．W u h a nC h i n aS t a rO p t o e l e c t r o n i c sT e c h n o l o g y Co ．,L t d ,W u h a n ４３００７８,C h i n a )A b s t r a c t :A i m i n g a tt h e p r o b l e m t h a tt h e m e t a l l i n e sb r e a k a g ee a s i l y o c c u r sd u r i n g t h eb e n d i n gp r o c e s s o fC O Fc o n n e c t i o nt r a n s i t i o nz o n e i nt h eO L E D p a n e l ,t h em e c h a n i s m o f c r a c k p r o p a ga t i o n a n d t h ew a y t o i n h ib i t t h ec r a c k p r o p a g a t i o n i n t h em e t a l l i n e a r e s t ud ie d ．B a s e d o n t h e t h e o r y of i n t e r Ｇf a c e c r a c k d e f l e c t i o n a n d p e n e t r a t i o n ,t h em o d e o f c r a c kg r o w th a t t h ei n t e r f a c e b e t w e e nm e t a l l i n e a n d o r g a n i c p h o t o r e s i s t i s a n a l y z e d ．T h e c h a n g e o f s t r e s s i n t e n s i t y f a c t o r o f t h e t w om e t a l l i n e d u r i n g c r a c k g r o w t h i s c o m p a r e d ．T h e s i m u l a t i o n r e s u l t s s h o wt h a t t h em a i n p a t ho f c r a c k p r o p a g a t i o n i n t h e p a d b e n d i n g a r e a i s p e r p e n d i c u l a r t o t h em e t a l l i n e s ．T h e t e n d e n c y o f p r o p a g a t i o na l o n g th e i n t e r f a c eb e Ｇt w e e n t h em e t a l t r a c e sa n dt h eo r g a n i c p h o t o r e s i s t i sv e r y s m a l l ．T h r o u ght h ec a l c u l a t i o no fs t r e s s . All Rights Reserved.i n t e n s i t y f a c t o r o f t h e t w os t r u c t u r e s,i t c a nb e f o u n dt h a t t h es t r e s s i n t e n s i t y f a c t o rn e a r t h e i n n e r h o l e o f t h e a n n u l a rm e t a l l i n e i s r e d u c e db y９５％w i t hr e s p e c t t o t h a t o f s t r i p e dm e t a l l i n e．T h u s t h e h o l e o f t h e a n n u l a rm e t a l l i n e e f f e c t i v e l y s u p p r e s s e s c r a c k p r o p a g a t i o n．K e y w o r d s:m e t a l l i n e;c r a c k g r o w t h;e n e r g y r e l e a s e r a t e;s t r e s s i n t e n s i t y f a c t o r１㊀引㊀㊀言㊀㊀随着显示技术的发展,具有轻薄㊁柔性㊁低能耗㊁高解析度㊁响应速度快等优异性能的O L E D (O r g a n i cL i g h tＧE m i t t i n g D i o d e)成为了新一代显示面板[１Ｇ４].在未来几年内,屏占比更高的全面屏必将是高端手机的标配[５].模组结构以及面板设计是提高屏占比的主要手段.提高屏占比的主要方式是将面板C O F的连接区域向后弯折,但弯折过程中,易发生金属走线断裂的问题,影响屏幕的显示效果.因此,合理的面板边框金属走线形状以及排布方式设计,可以在一定程度上降低产生裂纹的可能性,进而提高良品率.目前,显示面板中金属走线的研究主要集中在柔性基底上沉积的金属走线和机械性能的测试.刘艳玲等人[６]通过弯折实验以及有限元仿真,对附着在柔性衬底材料上连接T F T(T h i n F i l m T r a n s i s t o r)的金属导线进行了力学可靠性研究.研究结果表明,金属导线的力学可靠性与金属导线的尺寸㊁形状密切相关.邓亮等人[７]分析了柔性AMO L E D中不同柔性衬底材料和金属走线的可靠性以及弯曲过程中电性的可靠性;对隔层材料和T F T器件在聚酰亚胺材料(P I)基底上的制作工艺进行了一定的研究.K i m BJ等人[８]采用弯折与刮伤等测试方式分析了等离子处理对金属走线的机械性能的影响.结果表明,等离子处理可以提高金属走线的粘附性,进而提高金属走线的弯折性能.此外,K i m BJ等人[９]还通过机械弯折实验对沉积在不同表面的金属走线的机械性能进行了分析,发现金属走线沉积在有沟壕的P I表面时比沉积在平面时具有更高的粘附性,相应地,金属走线的弯折性能也有提升.但是,目前通过仿真手段对金属走线中裂纹的扩展方式和金属走线结构对裂纹扩展影响的系统研究甚少.通过实验方法来优化金属走线,设计过程繁琐,产品的开发周期长,效率低下.基于此,本文通过数值模拟的方式,对金属走线中裂纹的扩展方式以及抑制裂纹扩展的方法进行了研究,并为金属走线的排布方式和形状设计等问题提供了优化建议.２㊀理论与方法２．１㊀裂纹偏转和穿透的有限元建模在分析金属走线和有机光阻中裂纹的具体扩展形式时,必须考虑裂纹在两相材料界面中的扩展路径.金属裂纹在两相材料界面中的可能扩展形式如图１所示.a p和a d分别表示裂纹沿界面和垂直于界面的扩展长度.图１㊀金属走线与有机光阻两相材料界面的裂纹偏转与穿透示意图．(a)裂纹偏转;(b)裂纹穿透．F i g．１㊀S c h e m a t i co f c r a c kd e f l e c t i o na n d p e n e t r a t i o na t t h em e t a l l i n e a n dUHAi n t e r f a c e s．(a)D eＧf l e c t i o na n d(b)p e n e t r a t i o n．在裂纹扩展前端,其应力状态为简单的张开型裂纹的应力形式,则裂纹尖端的应力强度因子为K I＝c(α,β)k I a１/２－λ,(１)式中:k I是与施加载荷有关的系数;c(α,β)为D u n d u r s参数α㊁β的函数.λ是关于D u n d u r s参数α㊁β的函数,其具体形式[１０]如下:c o sλπ＝２(β－α)１＋β(１－λ)２＋α＋β２１－β２,(２)裂纹穿透过程中的能量释放率为:G p＝１－ν１２μ１K２I＝１－ν１２μ１c２k２I a１－２λ．(３)８２４㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３３卷㊀. All Rights Reserved.在任一偏转裂缝右侧尖端的前沿界面,其牵引力满足如下公式[１１]:σy y (x ,０)＋i σx y (x ,０)＝(K １＋i K ２)(２πr )－１/２r i ξ,(４)式中:r ＝x －a ,ξ＝１２πl n １－β１＋βæèçöø÷,i ＝－１.在裂纹偏转的结构中,应力强度因子满足:K １＋i K ２＝k １a １/２－λ[d (α,β)a i ε＋e (α,β)a －i ε],(５)式中:d 和e 是关于D u n d u r s 参数α㊁β的函数,则裂纹偏转的能量释放率为:G d ＝(１－ν１)/μ１＋(１－ν２)μ２[](K ２１＋K ２２)/(４c o s h ２πε),(６)由式(５)可知:K ２１＋K ２２＝k ２１a １－２λ[d ２＋e２＋２R e (d e )],(７)G d /G p ＝(１－β２)/(１－α)[]d２＋e２＋２R e (d e )[]/c ２,(８)从式(６)和(７)可以发现,当α＞０．７时,由于λ与０．５的差距较小,因此能量释放率G d 对a 的依赖性很小.从式(８)可以发现G d /G p 的值与a 值完全无关,只与材料以及结构参数有关.因此裂纹在复合材料界面的具体扩展方式可以通过G d /G p 的值来进行预估[１２].２．２㊀虚拟节点闭合技术(V C C T)计算能量释放率界面结构有限元模型的裂纹扩展过程示意图如图２所示,裂纹在扩展四个单元长度的过程中,裂尖依次经过节点d ㊁c 和b ,从节点e 扩展到节点a .节点b ㊁c ㊁d 在扩展过程中分开为节点b １和b ２㊁c １和c ２以及d １和d ２.扩展过程中,在x 和y 方向的相对位移分别为Δx 和Δy .在V C C T 中,裂纹扩展后节点对的相对位移一般由裂纹扩展前距离最近的节点对之间的相对位移所代替,例如,节点e １和e ２的相对位移可以完全由节点f １和f ２的相对位移代替.若裂纹扩展之前的节点力为F x 和F y ,则当裂纹长度增加Δa 时,总的能量释放率的离散形式为[１３]G ＝１Δa ðn ＝a ,b ,c ,d[F n x Δx n ＋F n y Δy n ]．(１０)２．３㊀应力强度因子理论在断裂力学中,裂纹的形式主要分为３种:张图２㊀基于有限元分析的V C C T 示意图F i g ．２㊀S c h e m a t i cr e pr e s e n t a t i o no fV C C T b a s e do n t h e f i n i t e e l e m e n t a n a l ys i s 开型㊁滑开型㊁撕开型.这３种类型的裂纹在裂纹尖端区域的应力场的公式为[１４]σi j ＝K２πr f i j (α),(１１)式中:σi j 为应力分量,(i ,j ＝１,２,３);f i j (α)为极角α的函数.从式(１１)可知应力与参数K 成正比.在同一变形状态下,若K 值相同,则裂纹尖端邻域的应力场强度相同.所以,K 是反映裂纹尖端邻域应力场强度的参数,即应力强度因子.３㊀结果与讨论３．１㊀有限元模型本文分析了两种不同金属走线的裂纹扩展情况,其具体结构如图３所示.其中,分别选取了环形金属走线的a ㊁b ㊁c 处和条状金属走线的d 处(如图３所示),计算其相对能量释放率.金属走线和有机光阻界面的相对能量释放率以及应力强度因子计算的有限元网格模型如图４所示.图３㊀金属走线结构示意图．(a )环形;(b)条状．F i g ．３㊀M e t a l l i n em o d e l ．(a )A n n u l a r ;(b )S t r i p．９２４第５期㊀㊀㊀张㊀博,等:O L E D 金属走线弯折过程裂纹扩展有限元分析. All Rights Reserved.图４㊀金属走线和有机光阻界面的相对能量释放率以及应力强度因子计算的有限元网格模型．(a )裂纹穿透能量释放率;(b )裂纹偏转能量释放率;(c)裂纹扩展应力强度因子.F i g ．４㊀F i n i t e e l e m e n tm e s h f o r c a l c u l a t i n g e n e r g y re Ｇl e a s er a t e a n d s t r e s si n t e n s i t yf a c t o r ．(a )C r a c k p e n e t r a t i o n e n e rg y re l e a s er a t e ;(b )c r a c kd ef l e c t i o ne n e rg y r e l e a s er a t e ,r e s p e c Ｇt i v e l y ;(c )C r a c k g r o w th s t r e s si n t e n s i t y fa c Ｇt o r ．３．２㊀裂纹相对能量释放率的计算结果分析通过分析裂纹在界面的相对能量释放率的变化,可以确定裂尖在有机光阻和金属走线界面的具体扩散路径.图３所示的金属走线与有机光阻界面a ㊁b ㊁c ㊁d 处的相对能量释放率变化如图５所示.结果表明,随着裂纹长度的增加,a ㊁b ㊁d 三个位置的相对能量释放率G d /G p 均大幅下降.例如,对于宽度为１０μm 的条状金属走线,当裂纹长度a p 由０．１μm 增加到１μm 时,相对能量释放率G d /G p 降幅达到８６．５％.这说明a ㊁b ㊁d 三个位置的裂纹沿界面扩展的趋势随着裂纹长度的增加而减小,从而可以认为,当裂尖前端为金属走线时,裂纹会沿着金属走线横向扩展.对于环形金属的c 位置,当裂纹长度增加时,裂纹沿界面扩展的趋势没有明显变化,其主要原因是裂尖前端的材质为有机光阻,而裂纹在有机材质中不易扩展.从而说明金属走线内部的孔可以抑制裂纹扩展.从不同宽度金属走线的计算结果可以发现,在a㊁b ㊁d 三个位置,当裂纹长度增加时,金属走线宽度图５金属走线界面的相对能量释放率F i g ．５㊀R e l a t i v e e n e r g y re l e a s e r a t e a t t h em e t a l l i n e i n t e rf a c e ０３４㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３３卷㊀. All Rights Reserved.对相对能量释放率的影响几乎可以忽略.因此,金属走线中的裂纹主要沿着垂直于走线的方向扩展.３．２㊀应力强度因子计算结果分析通过对裂纹相对能量释放率的计算,可以确定裂纹在金属走线中的扩展路径.为研究金属走线结构对裂纹扩展倾向的影响,分别计算了不同裂纹长度下两种结构的应力强度因子,其结果如图６所示.从图中可以发现环形金属走线结构在不同长度裂纹中的应力强度因子都比条状金属走图６㊀两种不同金属走线裂纹扩展的应力强度因子比较F i g ．６㊀C o m p a r i s o n o fs t r e s si n t e n s i t y fa c t o r s o f c r a c k p r o p a g a t i o nb e t w e e n t w o d i f f e r e n t m e t a l l i n e线结构小.因此,环形金属走线中裂纹的扩展倾向小于条状金属走线.从环形金属节点(图３中a 所在位置)以及环中心(图３中b 所在位置)的金属走线应力强度因子的计算结果可以发现,在金属走线靠近有机光阻材质孔位置的应力强度因子值有较明显的减小.因此,金属走线中的开孔可以对裂纹扩展起到一定的抑制作用.４㊀结㊀论本文针对O L E D 面板C O F 连接区域弯折过程中金属走线易断裂的问题,计算分析了金属走线与有机光阻界面的相对能量释放率,从而确定了金属走线以及有机光阻中裂纹的扩展方式,此外,计算分析了裂纹在垂直于金属走线扩展的应力强度因子的变化.结果表明,在过渡区弯折过程中,裂纹在金属走线中主要沿垂直于走线的方向扩展.而应力强度因子的计算结果表明,环状金属走线孔附近应力强度因子相对于条状金属走线减幅达到９５％,表明金属走线中的孔可以抑制裂纹的扩展,这可为O L E D 面板C O F 连接过渡区的金属走线的设计提供指导.参㊀考㊀文㊀献:[１]㊀马东阁．O L E D 显示与照明 从基础研究到未来的应用[J ]．液晶与显示,２０１６,３１(３):２２９Ｇ２４１．MA D G．O L E Dd i s p l a y a n d l i g h t i n g f r o mb a s i c r e s e a r c h t o f u t u r e a p p l i c a t i o n s [J ]．C h i n e s eJ o u r n a l o f L i qu i d C r y s t a l s a n dD i s p l a ys ,２０１６,３１(３):２２９Ｇ２４１．(i nC h i n e s e )[２]㊀王琦,马东阁．白光有机发光二极管的制备方法[J ]．液晶与显示,２００９,２４(５):６１７Ｇ６２９．WA N G Q ,MA D G．F a b r i c a t i o n m e t h o d so fw h i t eo r g a n i c l i g h t Ｇe m i t t i n g d i o d e s [J ]．C h i n e s eJ o u r n a l o f L i qu i d C r y s t a l s a n dD i s p l a ys ,２００９,２４(５):６１７Ｇ６２９．(i nC h i n e s e )[３]㊀K A N G M S ,J O O M K ,L E EJH ,e t a l ．６６．１:I n v i t e dP a p e r :p e r f o r m a n c eo f a l a r g e ‐s i z ew h i t eO L E Df o r l i g h t i n g a p p l i c a t i o n [J ]．S I DS y m p o s i u m D i g e s t o f T e c h n i c a lP a pe r s ,２０１１,４２(１):９７２Ｇ９７４．[４]㊀刘晋红,张方辉．O L E D 薄膜干燥剂的制备及其对O L E D 的影响[J ]．发光学报,２０１７,３８(１):７６Ｇ８４．L I UJH ,Z HA N GF H．P r e p a r a t i o no fO L E Dd e s i c c a n t f i l ma n dt h e i m p a c t f o rO L E D [J ]．C h i n e s eJ o u r n a l o fL u m i n e s c e n c e ,２０１７,３８(１):７６Ｇ８４．(i nC h i n e s e )[５]㊀杨永强,段羽,陈平,等．低温原子层沉积氧化铝作为有机电致发光器件的封装薄膜[J ]．发光学报,２０１４,３５(９):１０８７Ｇ１０９２．Y A N G Y Q ,D U A N Y ,C H E N P ,e ta l ．D e p o s i t i o no fA l ２O ３fi l m u s i n g a t o m i c l a y e rd e p o s i t i o n m e t h o da t l o w t e m p e r a t u r e a s e n c a p s u l a t i o n l a y e r f o rO L E D s [J ]．C h i n e s e J o u r n a l o f L u m i n e s c e n c e ,２０１４,３５(９):１０８７Ｇ１０９２．(i n C h i n e s e)[６]㊀刘艳玲,胡坤,党鹏乐,等．柔性显示器件机械试验方法研究[J ]．信息技术与标准化,２０１７(６):２１Ｇ２４．L I U YL ,HU K ,D A N GPL ,e t a l ．S t u d y o nm e c h a n i c a l t e s tm e t h o du s e d f o r f l e x i b l e d i s p l a y d e v i c e [J ]．I n fo r Ｇm a t i o nT e c h n o l o g y &S t a n d a r d i z a t i o n ,２０１７(６):２１Ｇ２４．(i nC h i n e s e )[７]㊀邓亮．柔性AMO L E D 背板开发的关键问题研究[D ]．苏州:苏州大学,２０１５．１３４第５期㊀㊀㊀张㊀博,等:O L E D 金属走线弯折过程裂纹扩展有限元分析. All Rights Reserved.２３４㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３３卷㊀D E N GL．S t u d y o n t h ek e y t e c h n o l o g y o f f l e x i b l eAMO L E Db a c k p l a n e[D]．S u z h o u:S o o c h o w U n i v e r s i t y,２０１５．(i nC h i n e s e)[８]㊀K I M BJ,OH SG,L E EYJ,e t a l．E n h a n c e m e n t o f t h e e n d u r a n c e a g a i n s tm e c h a n i c a l d e f o r m a t i o no fm e t a l l i n e s o n f l e x i b l e p o l y i m i d e s u b s t r a t e[J]．S c i e n c e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s,２０１６,８(４):８３０Ｇ８３３．[９]㊀K I M BJ,OH SG,L E EYJ,e t a l．M e c h a n i c a l p r o p e r t i e so fm e t a l l i n e s f o r m e do n t r e n c h e d p o l y i m i d e f i l ms u bＧs t r a t e[J]．J o u r n a l o f N a n o e l e c t r o n i c s a n dO p t o e l e c t r o n i c s,２０１４,９(４):５４１Ｇ５４５．[１０]㊀Z A K A R,W I L L I AM S M L．C r a c k p o i n t s t r e s s s i n g u l a r i t i e s a t aB iＧm a t e r i a l i n t e r f a c e[J]．J o u r n a l o f A p p l i e d M e c h a n i c s,１９６３,３０(１):１４２Ｇ１４３．[１１]㊀R I C EJR．E l a s t i c f r a c t u r em e c h a n i c s c o n c e p t s f o r I n t e r f a c i a l c r a c k s[J]．J o u r n a l o f A p p l i e dM e c h a n i c s,１９８８,５５(１):９８Ｇ１０３．[１２]㊀H E M Y,E V A N SA G,HU T C H I N S O NJW．C r a c kd e f l e c t i o na t a n i n t e r f a c eb e t w e e nd i s s i m i l a r e l a s t i cm a t e r iＧa l s:r o l e o f r e s i d u a l s t r e s s e s[J]．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f S o l i d s a n dS t r u c t u r e s,１９９４,３１(２４):３４４３Ｇ３４５５．[１３]㊀J O K I N E NJ,WA L L I N M,S A A R E L A O．A p p l i c a b i l i t y o fV C C T i nm o d e I l o a d i n g o f y i e l d i n g a d h e s i v e l y b o n d e d j o i n t s a c a s e s t u d y[J]．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f A d h e s i o na n dA d h e s i v e s,２０１５,６２:８５Ｇ９１．[１４]㊀S O U I Y A H M,A L S HO A I B I A,MU C H T A R A,e ta l．T w oＧd i m e n s i o n a lf i n i t ee l e m e n t m e t h o df o rs t r e s si n t e n s i t y f a c t o r u s i n g a d a p t i v em e s hs t r a t e g y[J]．A c t a M e c h a n i c a,２００９,２０４(１/２):９９Ｇ１０８．作者简介:张博(１９９５－),男,甘肃定西人,硕士研究生,主要从事扩展有限元裂纹仿真分析方面的研究.EＧm a i l: z h a n g b o９５＠h u s t．e d u．c n廖敦明(１９７３－),男,湖南隆回人,博士,教授,博士生导师,主要研究领域为材料成形数字化.EＧm a i l:l i a o d u nＧm i n g＠h u s t．e d u．c n. 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基于ANSYS的高强钢厚板对接焊缝热裂纹成因分析
基于ANSYS的高强钢厚板对接焊缝热裂纹成因分析董达善贾晓帅梅潇（上海海事大学物流工程学院，上海200135）摘要：利用ANSYS的APDL参数化设计语言，以节点方式建立模型，对实际生产中JFE-HITEN780S高强钢CO2气体保护焊的三维焊接温度场和应力场进行了数值模拟。
模型实现了对实际生产中JFE-HITEN780S高强钢36mm厚板的13层、29道实体焊接工艺过程进行的仿真，在仿真和理论基础上对焊接热裂纹的成因和防止措施进行了分析。
关键词：ANSYS；高强钢；厚板；对接焊中图分类号：O411．3文献标识码：BAnalysis for the Hot Cracking of Thick Plate of JEF-HITEN780S High Strength Steel in Multi-layer Welding Simulation Based on ANSYSDong Dashan，Jia Xiaoshuai，Mei XiaoAbstract：Based on the ANSYS Parametric Design Language（APDL），build the models by nodes，which can show the three-dimensional welding temperature field and stress field of the welding process of JFE-HITEN780S high-strength steel with CO2gas shielded arc welding by the numerical simulation．With the models，this paper has simula-ted the actual welding process of thick plate of JFE-HITEN780S high-strength steel，and analyzed the causes and pre-vention measures of the hot cracking during welding．Key words：ANSYS；high-strength steel；thick plate；butt welding焊接是一个包括热力耦合、热流耦合以及热冶金耦合的复杂过程，焊接热作用贯穿整个焊接结构的制造过程中，焊接热过程直接决定了接头的显微组织、焊接应力与变形。
大型厚板变形成形的有限元仿真研究
大型厚板变形成形的有限元仿真研究随着科学技术的不断发展，计算机仿真技术在加工制造领域中扮演着越来越重要的角色。
大型厚板变形成形的有限元仿真研究，是科技领域的重要研究方向之一。
在该领域中，有限元仿真技术是一种常用的方法。
本文将探讨大型厚板变形成形的有限元仿真研究的相关内容。
一、大型厚板的特点大型厚板是指钢板厚度大于20mm，长度和宽度都在2m以上的板材。
大型厚板制造技术是目前世界上最先进的钢板生产制造技术之一。
该技术制造出来的大型钢板具有以下几个特点：1. 承载能力强大型厚板的厚度和尺寸都比普通钢板大，因此其承载能力也比较强。
大型厚板经过特殊处理后，可以承受较大的压力和重量。
2. 抗冲击性好大型厚板使用特殊的钢材，经过特殊的处理，具有很好的抗冲击性。
即使在受到冲击时，也能保持稳定。
3. 安全性高大型厚板表面光滑、平整，不易发生裂纹和断裂。
因此，其使用安全性高，可以在工业生产和建筑领域中广泛应用。
二、大型厚板变形成形的有限元仿真研究在大型厚板制造中，变形成形过程是一个非常关键的环节，直接影响到钢板质量的优劣。
传统的制造方法采用机械冲压方式，生产效率低，精度难以控制。
因此，有限元仿真技术在大型厚板变形成形中的应用显得尤为重要。
1. 有限元仿真技术的优势有限元仿真技术是一种数值分析方法，通过将大型厚板模型划分为无限小的单元，以有限元方法为基础建立力学模型，计算分析模型的应力、应变、变形等力学行为，从而预测虚拟加工的加工结果。
有限元仿真技术主要具有以下优势：1）能够对大型复杂结构的零部件进行仿真分析。
2）能够模拟不同工况下的力学行为，同时对材料特性等重要参数进行分析，并优化加工过程。
3）能够快速得出预测结果，并为工艺优化提供参考。
2. 有限元分析模型有限元仿真技术的核心是建立模型，模型的设计直接影响到仿真结果的准确性。
在大型厚板变形成形的有限元仿真研究中，主要有以下几个方面的模型设计：1）模型生成首先，需要使用专业的 CAD 设计软件，通过 3D 化建立大型厚板的模型。