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机械分析中裂纹及其裂纹扩展的几种形式

6月前浏览11924


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。


  

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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

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  或者在ANSYS 19.2版本及以前的版本有如下形式

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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

图片3.png


其裂纹的动画效果如图所示

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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

图片5.png

其裂纹的动画效果如图所示

002.gif


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

图片9.png

其裂纹的动画效果如图所示

003.gif

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

图片12.png

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

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        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

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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

008.gif

3.尖端裂纹表面椭圆方式裂开,表面裂纹开裂

图片18.png

      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 




MechanicalMechanical APDLWorkbench疲劳断裂通用冶金其他工艺传动
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首次发布时间:2021-05-07
最近编辑:6月前
范文哲
硕士 | 仿真工程师 专注于ANSYS workbench系列软件
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