ANSYS結(jié)構(gòu)分析指南斷裂力學(xué)

1、ANSYS構(gòu)造分析指南 第四章斷裂力學(xué)斷裂力學(xué)的定義的擴(kuò)展問題。斷裂力學(xué)是爭(zhēng)辯載荷作用下構(gòu)造中的裂紋是怎樣擴(kuò)展的，并對(duì)有關(guān)的裂紋擴(kuò)展和斷裂失效用試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)展推想。它是通大范圍的輻射都能影響材料的斷裂特性。典型的斷裂參數(shù)有：與三種根本斷裂模型相關(guān)的應(yīng)力強(qiáng)度因子(KI,KII,KIII4-1)；J(G)，它反映裂紋張開或閉合時(shí)功的大??；留意-在本節(jié)大局部的圖形中裂紋的寬度被放大了很多倍。圖4-1裂縫的三種根本模型斷裂力學(xué)的求解參數(shù)。本章我們集中爭(zhēng)辯以下兩個(gè)主要的處理過程。計(jì)算斷裂參數(shù)。裂紋區(qū)域的模擬2D3D前緣。如4-2所示。圖4-2裂紋尖端和裂紋前緣在線彈性問題中，在裂紋尖端四周(或裂紋前緣)

2、某點(diǎn)的位移隨而變化， 是裂紋尖端到該點(diǎn)的距離，裂紋尖端處的應(yīng)力與應(yīng)變是奇異的，隨 1/變化。為選取應(yīng)變奇異點(diǎn)，相應(yīng)的裂紋面需與它全都，圍繞裂紋頂點(diǎn)的有限元單元應(yīng)當(dāng)是二次奇1/44-32-D3-D圖4-32-D和3-D模型的奇異單元2-D2DPLANE24-3aPREP7 中 KSCON 命令(MainMenuPreprocessor-Meshing-Shape&Size-ConcentratKPs-Create)用于指定4-4 顯示用 KSCON 命令產(chǎn)生的斷裂模型。圖4-4斷裂樣本和2D有限元模型2-D盡可能利用對(duì)稱條件。在很多狀況下依據(jù)對(duì)稱或反對(duì)稱邊界條件，只需要模擬裂紋區(qū)的一半，如下所示

3、：圖4-5利用對(duì)稱性為獲得抱負(fù)的計(jì)算結(jié)果，圍繞裂紋尖端的第一行單元，其半徑應(yīng)當(dāng)是八分之一裂紋長(zhǎng)或更小。沿裂紋周向每一單元最好有30-40裂紋尖端的單元不能有扭曲，最好是等腰三角形。3-D05bKLPO 面退化成 KO 線。產(chǎn)生三維斷裂模型要比二維模型簡(jiǎn)潔，KSCON 命令不能用于三維模型，必需保證裂紋前緣沿著單元的 KO 邊。建立三維斷裂模型的建議如下：推舉的單元尺寸與二維模型一樣。此外在全部的方向上，單元的相鄰邊之比不能超過 4：1。在彎曲裂紋前緣上，單元的大小取決于局部曲率的數(shù)值。例如，沿圓環(huán)狀彎曲裂紋前緣，在 15-30的角度內(nèi)至少有一個(gè)單元。計(jì)算斷裂參數(shù)在靜態(tài)分析完成后，可以通過通用后

4、處理器 POST1 來計(jì)算斷裂參數(shù)，如前面提到的應(yīng)力強(qiáng)度因子、J等。應(yīng)力強(qiáng)度因子用 POST1 中的 KCALC 命令(MainMenuGeneralPostprocNodalCalcsStressIntFactr)計(jì)算復(fù)合型斷裂模式中的應(yīng)力強(qiáng)度因子(KI,KII,KIIIKCALC 命令的步驟如下：1、定義局部的裂紋尖端或裂紋前緣的坐標(biāo)系，以XY 軸垂直于裂紋面，如4-6 所示。留意-當(dāng)使用 KCALC 命令時(shí)，坐標(biāo)系必需是激活的模型坐標(biāo)系CSYS和結(jié)果坐標(biāo)系RSYS。命令：LOCAL (或 CLOCAL ，CS，CSKP 等)GUI：UtilityMenuWorkPlaneLocalCoo

5、rdinateSystemsCreateLocalCSAtSpecifiedLoc圖4-6裂縫坐標(biāo)系2、定義沿裂紋面的路徑，應(yīng)以裂紋尖端作為路徑的第一點(diǎn)。對(duì)于半個(gè)裂紋模型而言，沿裂紋面需有兩個(gè)附加點(diǎn)，這兩個(gè)4-7 給出了二維模型的狀況。GUI：MainMenuGeneralPostprocPathOperationsDefinePath圖4-7典型路徑定義(a)半個(gè)裂紋模型；(b)整個(gè)裂紋模型3KI,KII,KIII，KCALC 命令中的 KPLAN 域用于指定模型是平面應(yīng)變或平面應(yīng)力。除了薄板的分析，在裂紋尖端四周KCSYM域用來指定半裂紋模型是否具有對(duì)稱邊界條件、反對(duì)稱邊界條件或是整體裂紋

6、模型。GUI：MainMenuGeneralPostprocNodalCalcsStressIntFactrJ 積分X-YX其中： =圍繞裂紋尖端的任意積分路徑； txX 軸的牽拉力向量 xnx + xy ny；tyY 軸的牽拉力向量 yny + xy nx；=應(yīng)力重量；nu=位移矢量；s=路徑4-1二維模型計(jì)算J命令:SET圖4-8圍繞裂紋尖端的J積分路徑GUI：MainMenuGeneralPostprocFirstSet、存儲(chǔ)每個(gè)單元的應(yīng)變能和體積。命令:ETABLEGUI：MainMenuGeneralPostprocElementTableDefineTable3、計(jì)算每個(gè)單元的應(yīng)變

7、能密度。GUI：MainMenuGeneralPostprocElementTableExponentiate4、定義線積分路徑。見 4-9。命令:PATH,PPATHGUI：MainMenuGeneralPostprocPathOperationsDefinePath圖4-9J積分路徑例如51命令:PDEFGUI：MainMenuGeneralPostprocPathOperationsMapOntoPath6Y命令:PCALCGUI：MainMenuGeneralPostprocPathOperationsIntegrate4-1的第一項(xiàng)。命令:*GET,NAME,PATH,LASTGUI

8、：UtilityMenuParametersGetScalarData8SX、SYSXY命令:PDEFGUI：MainMenuGeneralPostprocPathOperationsMapOntoPath命令:PVECTGUI：MainMenuGeneralPostprocPathOperationsUnitVector10、計(jì)算式4-1TXTY。命令:PCALCGUI：MainMenuGeneralPostprocPathOperationsoperation(ux/x圖4-10所示：DX1%?？梢酝ㄟ^下面的命令得到路徑的總長(zhǎng)度：*GET，Name，PATH，LAST，SX2CXYF1UY

9、1。X 軸的的正方向移動(dòng) DX 距離PCALC,ADD,XG,XG,DX/2DX/2 的距離，將 UX 和 UY 映射到路徑上，取名 UX2 和 UY2。把路徑移回原點(diǎn)(距離 -DX/2)，然后承受 PCALC 計(jì)算(UX2-UX1)/DX 和 (UY2-UY1)/DX ，它就分別代表ux/xuy/y。參見ANSYSCoupled-FieldAnalysisGuide對(duì)*GETPCALC 和 PDEF 命令的爭(zhēng)辯。圖4-10計(jì)算位移矢量的導(dǎo)數(shù)121011 步計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，計(jì)算JPCALCSPCALC積分，得到方程4-11357124.1J可把上述步驟寫入一個(gè)宏，以簡(jiǎn)化JANSYSAPDLProgramersGuide。能量釋放率在虛擬裂紋擴(kuò)張方法中，必需做兩次分析：一次是裂紋長(zhǎng)度為aa+a。假設(shè)這二種狀況下的位能U(應(yīng)變能)被儲(chǔ)存，能量釋放率就可從以下公式算出：(4.2)其中 B 是斷裂模型的厚度。aXaNSCALE(MainMenuPreprocessor-Modeling-O