如何使用 ABAQUS 计算应力强度因子

一、应力强度因子类型：

1、裂纹尖端应力场

前文已介绍过按载荷形式分类为三种裂纹：

以Ⅰ型裂纹为例，通过弹性力学解出应力分布：

2、应力强度因子

给出三类裂纹场的强度因子：

根据强度因子，可以表征裂纹周边的应力分布：

张开型裂纹：

主应力形式：

划开型裂纹：

撕开型裂纹：

二、问题描述：以无限大平板含有一贯穿裂纹为例，裂纹长度为 5mm，在远场受双向均布拉应力 ＝10MPa，如下所示。

建立平板 part（2D Planar;Deformation;shell），平板的尺寸相对于裂纹足够大，本例的尺寸为 20×10（mm）。

第二步：进入 property 模块

①建立弹性材料；

②截面选择平面问题的 solid，homogeneous；

③赋予截面。

第三步：进入 Assembly 模块

实体的类型（instance type）选择 independent。

第四步：进入 mesh 模块

使用 CPS8 单元离散，裂纹的奇异可在 interaction 模块中设置。

第五步：进入 interaction 模块

①指定裂纹 special/creak/assign seam，选中下图中的红横线！

②生成裂纹 crack 1，special/crack/create,name：crack 1，type: contour integral.

当提示选择裂纹前端时，选择下图的圆圈区域，当提示裂纹尖端区域时选择圈的圆心，用向量 q 表示裂纹扩展方向（蓝色箭头）。

第六步：进入 step 模块

①在 initial 步之后建立 static，general 步。

②在 output/history output requests/create/中创建1个输出变量，定义 crack 1 ，其中 Number of contours 的意义是 SIF 是通过 J积分算出的，J 积分本来是线积分，也可以用环形区域积分代替，积分围数 1 就是指计算 J 积分时取裂尖处奇异单元外第一圈单元作为环形区域算 J 积分。

第七步：进入 load 模块

定义位移和荷载边界，如图 6 所示。

第八步：进入 job 模块

提交计算，其Mises 应力分布如下图，在.dat 文件中可以查看应力强度因子。