机械分析中裂纹及其裂纹扩展的几种形式

作者：大龙猫 

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了在ANSYS Workbench中裂纹及其裂纹扩展的几种形式。裂纹生成后，可通过添加pre-mesh crack、构造面、椭圆裂纹加载等方式进行加载。裂纹扩展可通过bond接触开裂、尖端裂纹自由扩展等方式进行模拟。作者强调了物理理论的重要性，分析影响结果的因素，注意结果趋势的正确性，总结仿真经验，以及关注细节的重要性。本文对于理解和应用ANSYS Workbench中的裂纹及其裂纹扩展功能具有指导意义。

裂纹首先要生成，然后表达的几种形式在ANSYS Workbench中有如下几种

  或者在ANSYS 19.2版本及以前的版本有如下形式

1.有网格的裂纹2D pre-mesh crack

        将模型预先设置网格，然后添加pre-mesh crack，结果为可以看到应力强度因子和开口的尖端应力值，其结果可以获取需要的尖端的应力强度因子，一个2D的案例如下图所示

其裂纹的动画效果如图所示

2.将实体添加构造面的方式添加裂纹Arbitrary Crack

         该方法需要添加一个构造面，并划分网格，网格自动加密尖端，其结果可以获取需要的尖端的应力强度因子，结果如下图所示

其裂纹的动画效果如图所示

3.有网格的Pre-Meshed Crack

        其网格可以划分为六面体或者四面体，但对于裂纹扩展必须为四面体，其结果可以获取需要的尖端的应力强度因子，结果如下图所示

其裂纹的动画效果如图所示

4.椭圆裂纹加载Semi-Elliptical Crack ，

         该方法是最简单直接的一种方法，直接在表面添加合适的参数，即可生成网格，显示成椭圆的裂纹，显示需要的应力强度因子，该模型主要应用于管道一类的外表面，其案例如下图所示

5.子模型方法添加裂纹

        在整体模型中计算受力结果和应力分布，然后在子模型中添加裂纹，其结果同样能显示需要的应力强度因子

        以上为裂纹的加载方法，裂纹是零件破坏的主要形式之一，而裂纹扩展主要考察的是窄缝，并且有尖端的情况下在窄缝受到两侧力的作用，在其尖端产生大的应力，当应力达到破坏强度的情况下，裂纹继续向前扩展，然后尖端应力会下降，之后将停止扩展，结果可以查看裂纹扩展的距离和应力变化过程，目前ANSYS Workbench可以完成的裂纹扩展有以下几种

1.bond接触开裂扩展裂纹，沿着bond的线开裂，结果如下图所示，可以2D可以3D

2.尖端裂纹自由smart扩展裂纹，采用静力单次扩展，扩展方向未知

3.尖端裂纹表面椭圆方式裂开，表面裂纹开裂

      以上为裂纹扩展的一些方式，具体操作有很多种，而且大部分操作都不容易成功，很多情况都会报错，需要细细体会其用法。

最后再简单说一下个人仿真经验：

1.物理理论是很重要的，在做之前，先将想要做的问题有一个大概的了解，预测趋势性结果

2.分析影响结果因素，在软件中考虑导致不同结果的所有因素如何设置，软件默认不一定正确

3.结果趋势是否正确，将参数极限化考虑来预测趋势是否正确

4.仿真经验记得总结，记录过程，量变引起质变，以后会有一个质的提高

5.不要忽略细节的重要性，每一个细节决定成败

作者：范文哲