斷裂力學分析.doc

在斷裂模型中最重要的區(qū)域，是圍繞裂紋邊緣的部位。裂紋的邊緣，在模型中稱為裂紋尖端，在模型中稱為裂紋前緣。如圖-所示。圖10-109在線彈性問題中，在裂紋尖端附近（或裂紋前緣）某點的位移隨而變化，r是裂紋尖端到該點的距離，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，相應(yīng)的裂紋面需與它一致，圍繞裂紋頂點的有限元單元應(yīng)該是二次奇異單元，其中節(jié)點放到/邊處。圖-表示和模型的奇異單元。圖10-110對斷裂模型推薦采用單元，其為六節(jié)點三角形單元。圍繞裂紋尖端的第一行單元，必須具有奇異性，如圖-（）所示。中命令 （）用于指定關(guān)鍵點周圍的單元大小，它特別適用于斷裂模型。本命令自動圍繞指定的關(guān)鍵點產(chǎn)生奇異單元。命令的其他選項可以控制第一行單元的半徑，以及控制周圍的單元數(shù)目等，圖-顯示用 命令產(chǎn)生的斷裂模型。圖10-111建立模型的其他建議：盡可能利用對稱條件。在許多情況下根據(jù)對稱或反對稱邊界條件，只需要模擬裂紋區(qū)的一半，如圖-所示。圖10-112為獲得理想的計算結(jié)果，圍繞裂紋尖端的第一行單元，其半徑應(yīng)該是八分之一裂紋長或更小。沿裂紋周向每一單元最好有。裂紋尖端的單元不能有扭曲，最好是等腰三角形。斷裂模型模型推薦使用的單元類型為二十節(jié)點塊體單元 ，如圖（） 所示。圍繞裂紋前緣的第一行單元應(yīng)該是奇異單元。這種單元是楔形的，單元的面退化成線。產(chǎn)生斷裂模型要比模型復(fù)雜， 命令不能用于模型，必須保證裂紋前緣沿著單元的邊。建立斷裂模型的建議如下：推薦的單元尺寸與模型一樣。此外在所有的方向上，單元的相鄰邊之比不能超過。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1503000的角度內(nèi)至少有一個單元。所有單元的邊（包括在裂紋前緣上的）都應(yīng)該是直線。. 計算斷裂參數(shù)在靜態(tài)分析完成后，可以通過通用后處理器 來計算斷裂參數(shù)，如前面提到的應(yīng)力強度因子、積分及能量釋放率等。 應(yīng)力強度因子用 中的命令 （ ）計算復(fù)合型斷裂模式中的應(yīng)力強度因子（，）。該命令僅適用于在裂紋區(qū)域附近具有均勻的各向同性材料的線彈性問題。使用 命令的步驟如下：（）定義局部的裂紋尖端或裂紋前緣的坐標系，以 軸平行于裂紋面 （在模型中垂直于裂紋前緣）， 軸垂直于裂紋面，如圖-所示。注意：當使用 命令時，坐標系必須是激活的模型坐標系 和結(jié)果坐標系。命令：（或 ，等）： （）定義沿裂紋面的路徑，應(yīng)以裂紋尖端作為路徑的第一點。對于半個裂紋模型而言，沿裂紋面需有兩個附加點，這兩個點都沿裂紋面；對于整體裂紋模型，則應(yīng)包括兩個裂紋面，共需四個附加點，兩個點沿一個裂紋面，其他兩個點沿另一個裂紋面。圖-給出了模型的情況。命令：，： （）計算 ，命令中的 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，在裂紋尖端附近或其漸近位置，其應(yīng)力一般是考慮為平面應(yīng)變。 域用來指定半裂紋模型是否具有對稱邊界條件、反對稱邊界條件或是整體裂紋模型。命令： 積分積分的最簡單形式，可以定義為與路徑無關(guān)的曲線積分，它能度量裂紋尖端附近的奇異應(yīng)力和應(yīng)變的強度。下面的公式是情況下的定積分表達式。它假定裂縫位于總體直角坐標 平面，而 軸平行于裂縫。計算路徑移動的距離DX。一般情況下取為路徑總長度的?？梢酝ㄟ^下面的命令得到路徑的總長度。*GET，Name，PATH，LAST，S沿X軸的負方向移動 DX/2距離 PCALC，ADD，XG，XG，東西、2，將UX和UY映射到路徑上PDEF，取名為UX1和UY1。沿X軸的正方向移動DX/2距離（即從原點處移動 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（距離-DX/2），然后采用PCALC計算(UX2-UX1)/DX和（UY2-UY1）/DX，它就分別代表和。（）采用第（）步和第（）步計算