FRANC3DV4微動疲勞、三維裂紋擴(kuò)展和損傷容限分析軟件

1、FRANC3DV7.4微動疲勞、三維裂紋擴(kuò)展和損傷容限分析軟件新一代FRANC3D(FRactureANalysisCodefor3D)是美國FAC公司開發(fā)的新一代裂紋分析軟件，用來計算微動疲勞裂紋萌生壽命(包括裂紋萌生位置和起裂方向)以及工程結(jié)構(gòu)在任意復(fù)雜的幾何形狀、載荷條件和裂紋形態(tài)下的三維裂紋擴(kuò)展和壽命。FAC公司(FractureAnalysisConsultants,Inc.)成立于1988年，起源于國際權(quán)威的斷裂力學(xué)研究機(jī)構(gòu)-康奈爾大學(xué)斷裂工作組，與美國軍方和政府組織長期進(jìn)行項目合作研究和軟件聯(lián)合開發(fā)。FRANC3D是由FAC公司聯(lián)合美國空軍研究實驗室(AFRL)、NASA馬歇爾太

2、空飛行中心、美國海軍航空系統(tǒng)司令部(NAVAIR)及波音、普惠等公司開發(fā)的新一代裂紋分析軟件，是目前全球最專業(yè)、最流行的任意三維裂紋擴(kuò)展分析與損傷容限評估軟件。FRANC3D的工作流程FRANC3D采用有限元法計算斷裂力學(xué)參數(shù)和任意三維裂紋擴(kuò)展，與ANSYS、ABAQUS、NASTRAN等有接口。其工作流程如下圖所示：FRANC3D的工作流程FRANC3D的功能及特點參數(shù)化裂紋庫FRANC3D具備參數(shù)化裂紋庫，可引入任意形狀的初始裂紋：零體積缺陷（裂紋）橢圓形/圓形裂紋（包括埋藏裂紋）穿透型單裂紋前緣裂紋穿透型雙裂紋前緣裂紋長條形淺表裂紋圓形周向裂紋（內(nèi)環(huán)、外環(huán)）跑道型裂紋用戶自定義平面/近似

3、平面內(nèi)任意形狀裂紋用戶自定義空間非平面任意三維裂紋空腔（模擬材料中的氣孔、夾渣、縮孔、縮松等）引入多重裂紋從外部文件讀入裂紋數(shù)據(jù)自適應(yīng)網(wǎng)格劃分裂紋尖端高質(zhì)量的網(wǎng)格裂紋尖端使用1/4節(jié)點的奇異單元sytrinwtiy裂紋尖端局部網(wǎng)格對稱來減少離散誤差裂紋區(qū)域網(wǎng)格自動細(xì)化以保證足夠的精度裂紋面劃分粗大的網(wǎng)格以減少單元數(shù)量FRANC3D采用自適應(yīng)網(wǎng)格重新劃分技術(shù)來引入和更新三維裂紋網(wǎng)格，并采用網(wǎng)格劃分模板保證裂紋尖端高質(zhì)量的網(wǎng)格，是公認(rèn)的同類軟件中計算精度最高的斷裂力學(xué)軟件。利用M-積分計算斷裂力學(xué)參數(shù)FRANC3D默認(rèn)采用M-積分來計算應(yīng)力強(qiáng)度因子，分可分別計算出各向同性和各向異性材料中KI、KI

4、I、KIII的結(jié)果，能考慮溫度、裂紋面接觸、裂紋面牽引及殘余應(yīng)力等因素的影響。同時，還能提供J-積分、COD、T-Stress、KinkAngle等斷裂力學(xué)參數(shù)的結(jié)果。FRANC3D還提供VCCT技術(shù)來計算獲得能量釋放率（GI、GII、GIII）的結(jié)果。5疔.柵N據(jù)思單元”20節(jié)點六面體單;LM-積分在FRANC3D中的實現(xiàn)微動疲勞分析FRANC3D的微動疲勞模塊由FAC公司與NAVAIR合作開發(fā)，最初用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)渦輪/葉片的微動疲勞壽命研究。FRANC3D中的微動成核模型可以聯(lián)合三維有限元分析，預(yù)測金屬構(gòu)件的微動疲勞裂紋萌生壽命、萌生位置和起裂方向。微動疲勞裂紋成核模型包括：Equival

5、entStressCriticalShearStressCriticalSmith-Watson-TopperModifiedSWTRuiz-Chenparameter渦輪/葉片模型微動疲勞裂紋萌生壽命和位置任意三維裂紋擴(kuò)展分析FRANC3D可模擬工程結(jié)構(gòu)在任意復(fù)雜的幾何形狀、載荷工況和裂紋形態(tài)下的三維裂紋擴(kuò)展，裂紋擴(kuò)展不受幾何形狀、單元類型和擴(kuò)展方向的任何限制，真正實現(xiàn)任意三維裂紋擴(kuò)展模擬?？煽紤]各種影響因素及其組合因素的影響，如：蠕變、加載持續(xù)時間、應(yīng)力腐蝕、環(huán)境影響、裂紋面接觸、裂紋面牽引、裂紋面閉合、熱處理、表面處理、裝配預(yù)應(yīng)力及各種殘余應(yīng)力等。FRANC3D的載荷計劃編輯器功能，可以

6、定義一系列加載事件，包括疲勞載荷、時間相關(guān)性載荷、疲勞與時間相關(guān)性組合載荷等。FRANC3D提供的三維裂紋擴(kuò)展扭轉(zhuǎn)方向判據(jù)最大張應(yīng)力準(zhǔn)則最大剪應(yīng)力準(zhǔn)則最大應(yīng)力準(zhǔn)則修正的最大應(yīng)變能釋放率準(zhǔn)則平面擴(kuò)展用戶自定義裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則FRANC3D的任意三維裂紋擴(kuò)展分析裂紋擴(kuò)展壽命計算FRANC3D提供了多種裂紋擴(kuò)展速率公式來計算任意三維裂紋擴(kuò)展壽命，所有模型均可定義溫度相關(guān)的數(shù)據(jù)。FRANC3D提供的裂紋擴(kuò)展速率公式包括：循環(huán)負(fù)載模型IMitgraiV刊9*iin“內(nèi)嵌NASGRO材料疲勞數(shù)據(jù)庫FRANC3D集成了NASGRO材料疲勞數(shù)據(jù)庫，包含幾百種金屬及合金材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率數(shù)據(jù)和斷裂韌性數(shù)據(jù)，用戶

7、只需選擇所用的材料即可自動定義所有的材料疲勞常數(shù)。NASGRO材料疲勞數(shù)據(jù)庫Ma-c-PrapmHSfiKiHASGRnusM.門門口門口ALUWCfiMT與砒8PE化召肚OESHEEL旳計田L(fēng)use.USSFGCERADFErEELTTUEEitDIHKTJUANESTEEL朋1TYPE9個iiLE空;STEELMiSCC：REBHEi.TRESi8frJU4TSTEELHIGHTEWnJFESTEELTOOLETCEL1Kn-3DM5EnE4LJUNI-JUW曲TaWaIBCUJUMl-UNITrMlHnqecu酗lahhagganegj|q出!w|EnsftParis公式雙線性Paris

8、公式SigmoidalHyperbolicSineNASGRO公式表單數(shù)據(jù)應(yīng)力比模型NoStressRatioEffectsWalker公式NewmanClosure公式表單數(shù)據(jù)時間相關(guān)的模型PowerLaw公式TerachiSCC公式表單數(shù)據(jù)FRANC3D的優(yōu)勢簡單直觀的用戶界面，具有三維模型顯示窗口，采用對話框和向?qū)降牟僮鞣绞?；采用有限元法來計算斷裂力學(xué)參數(shù)，與ANSYS、ABAQUS、NASTRAN等有接口；采用自適應(yīng)網(wǎng)格重新劃分技術(shù)，裂紋尖端網(wǎng)格劃分模板使用奇異的楔形單元或退化的六面體單元（彈塑性材料），時刻保證裂紋尖端周圍高質(zhì)量的網(wǎng)格；使用M積分計算KI、KII、KIII,可考慮溫

9、度、裂紋面牽引、接觸和殘余應(yīng)力等多種附加因素的影響；唯一能夠同時計算各向異性材料中KI、KII、KIII的斷裂力學(xué)軟件；可計算彈塑性J-積分可計算微動疲勞裂紋萌生壽命，具有多種經(jīng)工程驗證過的裂紋成核模型；可計算疲勞、時間相關(guān)、疲勞-時間相關(guān)組合載荷作用下的三維裂紋擴(kuò)展和壽命；內(nèi)嵌NASGRO材料疲勞數(shù)據(jù)庫及NASGRO、DARWIN軟件接口；10.可以分析多重裂紋，并能夠分析多工況和多載荷步；11.內(nèi)嵌Python二次開發(fā)接口，可用戶自定義裂紋擴(kuò)展模型、裂紋擴(kuò)展方向判據(jù)及裂紋擴(kuò)展速率公式。應(yīng)用案例損傷容限分析（NAVAIR）EkplclKalILwriiiikUIFRANa.:DajIxiiidiMcdrdi：-L加缶rndjTmdclin渦輪葉片裂紋擴(kuò)展分析（NAVAIR）|換|ftCjiliiiiiirFMnuJd*FFLANC.iD幽昨uI，討、F記HuguiidnlcF-riiiiinlilinedMTing曲*Lpn殆lb緊固孔多重裂紋分析（NAVAIR）FRANC比4惶吐|KMijpl?btiiiiilJh*nluuxldLIJtiiulcrncLs樅樹形葉片附件裂紋擴(kuò)展分析（NAVAIR）齒轂裂紋擴(kuò)展分析渦扇發(fā)動機(jī)（瑞達(dá)800）葉片尖端冷卻孔裂紋在熱-機(jī)械疲勞載荷下的擴(kuò)展分析（Rolls-Royce）