Ls-Dyna中裂纹模拟的几种办法

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1、*CONSTRAINED_TIED_NODES_FAILURE

首先必须把单元间共节点的节点离散，可以采用ls-prepost或femp实现。然后在通过matlab或者其他语言编写小程序，对位于同一个位置的节点建立节点集，添加*CONSTRAINED_TIED_NODES_FAILURE关键字。采用此方法来实现裂纹模拟的缺点是前处理太麻烦。应用实例可参考白金泽《lsdyna3d基础理论与实例分析》。

2、mat_add_eroson

关于这个关键字本版内有很多讨论，可以搜索一下。需要注意的是，在lsdyna 971R4之前的版本中，这个材料模型所带的失效模式均只适用于单点积分的二维和三维实体单元。但是在R4之后的版本中，这个关键字有了很大的改进：

1、去除了单点积分的限制，同时还支持3维壳单元和厚壳单元中的type1和type2。

2、可以定义初始损伤值，增加了几种损伤模型，具体可以参考lsdyna 971R5版的关键字。

3、带有失效的材料模型

有些材料模型本身就带有失效的，可以定义单元的失效来模拟裂纹的拓展。如*MAT_PLASTIC_KINEMATIC等。如果某些材料模型不带失效模式，可以采用方法2，或者通过自定义材料本构来实现裂纹的模拟。

4、带有失效模型的接触或者用弹簧单元来模拟裂纹

这个方法个人觉得有些牵强，但是在有些文献中也见过。在定义裂纹前必须已知可能出现裂纹的区域，通过带有失效模式的面对面的绑定接触CONTACT_TIED_SURFACE_TO_SURFACE_FAILURE或者用弹簧单元来模拟裂纹面。" j. y: ~6 S3 S5 z$ E3 U! ]

5、采用特殊的材料模型

某些材料模型如*MAT_120（*MAT_GURSON），*MAT_120_JC（*MAT_GURSON_JC），*MAT_120_RCDC（*MAT_GURSON_RCDC），还有一些damage模型，如*MAT_96（*MAT_BRITTLE_DAMAGE）等，用损伤值来代替裂纹，通过观察损伤云图来判断裂纹的扩展。

6、EFG 和XFEM Cohesive

这两种方法是目前lsdyna重点发展的用来模拟裂纹扩展的方法。其中EFG方法适用于4节点积分的实体单元，XFEM只适用于2维平面应变单元和壳单元。这两种方法具体使用参考LS 971 R4 EFG User’sManual和XFEM User’s Manual。

7、个人总结

以下是个人总结，不一定对，仅供参考。

1、用单元失效或节点失效来模拟裂纹，即采用本文中的方法1-3，其结果很大程度上依赖于单元的划分。网格必须画得很细，才能得到感官上的裂纹扩展。

2、采用带有失效模型的接触或者用弹簧单元来模拟裂纹时，必须已知裂纹面产生的区域，因此这个方法只适用于某些特殊的场合。

3、采用特殊的材料模型来模拟裂纹时，对单元的要求没有方法1-3中那么高。其缺点是参数的设置比较复杂，目前文献中很难查到有关于这个模型的材料参数。文献《Identiﬁcation of Gurson–Tvergaard material model parameters viaKalman ﬁlteringtechnique. I. Theory》研究了这个模型中各个参数对结果的影响，在设置参数时可供参考

4、推荐采用EFG和XFEM Cohesive，这两种方法应该代表着裂纹模拟的发展方向。目前这两种方法有了很大的改进，但是仍不够完善，且对单元的支持有限。

5、lsdyna中的裂纹扩展都得不到裂纹前端的应力强度因子，个人认为用Franc3d来做裂纹扩展要方便得多。

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来源：CAE之家

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首次发布时间：2024-08-25

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