Ansys Workbench 5类裂纹学习方法与应用
导读：在工程结构强度检测和寿命评估中，普遍存在的一种失效模式就是裂纹导致的结构失效与断裂。因此，裂纹的存在不仅会极大影响结构的使用年限而且会削弱整体强度，而且裂纹失效问题以及裂纹产生的断裂问题一直是研究的热点与难点。目前，对于含裂纹结构的探究，从来都是工程人员以及从事断裂研究的科研人员所关心的重点。一、掌握一种断裂模拟的软件意义
当下，随着仿真技术的快速更迭以及计算机计算能力的大幅提升，解决断裂问题的工程方法除了通过实验作为基础评价，更多的复杂载荷下的断裂分析已经逐步转移到计算机仿真当中。因此，掌握一种断裂模拟的软件，明白裂纹设置的方法对无论是做科学研究的研究者们，还是从事强度评价的工程师们，都是能够对学习或工作起到锦上添花的作用。二、ANSYS Workbench裂纹设置与应用
在对于断裂仿真的追求当中，ANSYS/ABAQUS/FRANC 3D/AFGROW等等软件层出不穷，但是无论是基本设置还是背后的计算方法都是一致的。尝试过很多有关于裂纹仿真的软件，单单从学习和接纳的角度来说，笔者认为，ANSYS Workbench可以说是非常不错的选择。如果在早些版本的时候，如果有人说它的断裂功能不全，可以说那是时代局限的原因，但是这两年，ANSYS版本的快速更新已经完完全全满足我们对工程结构断裂仿真的要求。下面将结合ANSYS Workbench中典型的五种裂纹设置以及应用做详细的介绍，以供研究者及工程师们参考。ANSYS Workbench提供大家的裂纹设置模式主要分成五类，分别是任意裂纹、半椭圆裂纹、预网格裂纹、接触面解绑、以及界面开裂。其中，任意裂纹、半椭圆裂纹、预网格裂纹属于相互积分算法的范畴；接触面以及界面开裂中的一种属于粘聚力单元计算的部分，而界面开裂当中还囊括了这两年新兴的虚拟裂纹扩展技术(VCCT)，因此，Workbench能够提供给使用者的裂纹种类与方法足够适用于我们的仿真研究工作。目前，如果从不简化的角度看裂纹，其裂纹尖端或者裂纹面的形状可以说是各式各样（如图2），因此任意裂纹的作用是为了提供给大家能够切实模拟真实裂纹情形的方式。图 2 任意裂纹面以及裂纹尖端
任意裂纹的设置方式主要分为三个步骤，首先我们要在Design Modeler或者SCDM软件中建立裂纹面的形状（面体方式），之后转入分析模块当中，设定裂纹面坐标系，最后在任意裂纹设置中定好求解设置。
虽然任意裂纹提供了便捷的依赖使用者研究而设定的模式，但是这样依旧有一定的局限性，就是基于裂纹扩展方式以及裂纹面加载荷的各种要求无法得到满足。通过大量的文献阅读以及研究来看，裂纹形貌大多都是以半椭圆的方式简化的，既能满足长度方向上的要求，也能达到深度方向上的延伸，因此，ANSYS提供了适用于大多研究者的裂纹类型。半椭圆裂纹从设置上相比于任意裂纹减少了在前处理建立裂纹面的操作，而建立裂纹面、设置部分依然需要。
别看半椭圆裂纹仅仅比任意裂纹少了一个环节，但是它在后续的裂纹扩展上是能够实现的，而且能够在裂纹面上指派相应的压力载荷，因此，它的功能非常全面。预网格裂纹，相比于任意裂纹与半椭圆裂纹，它是基于人为设定裂纹尖端节点组的方式来指派裂纹尖端，这种方式可以满足类似于缺口试样或者含等效裂纹部件来计算尖端断裂参量的要求。预网格裂纹的设置方式，需要基于网格模型来指定裂纹尖端的节点组，否则软件是没有办法辨别裂纹的，而在设置面板当中仅仅需要提供给尖端节点组就可以。
预网格裂纹应用也非常广泛，后续的界面开裂中，预制裂纹模式就是预网格裂纹。接触解绑开裂（Contact Debonding）,其实是一种裂纹开裂的模式，主要基于粘聚力单元，在接触界面（必须是绑定接触）上铺上Cohesive单元，根据粘聚力单元本构模型进行接触面开裂的一种方式。其步骤分为，设置绑定接触与接触指定两部分。以上是接触解绑裂纹设置的操作，适用于胶粘行为，复合材料以及胶粘的材料界面，其设置简洁便利。界面开裂当中分为粘聚力单元行为以及虚拟裂纹闭合技术，但是由于接触解绑方式非常简单，因此建议率先采用接触解绑的方式来设置粘聚力行为，而虚拟裂纹闭合技术的操作主要分为：设置预网格裂纹，指定VCCT面板，完成求解操作，在这里我们就可以看到预网格裂纹的重要性。第一步：设置预网格裂纹
以上是界面开裂设置步骤，但是，对于界面开裂以及接触解绑方法，软件没没有办法输出有关应力强度因子或者J积分结果，也值得大家注意。最后再谈谈ANSYS新出的智能裂纹扩展，这个扩展的算法总体基于疲劳的设置方法，其从技术上不算是裂纹计算的一种方法，而是一种为了模拟疲劳而加入的基于半椭圆裂纹和预网格裂纹的计算模式，相当于一种衍生，因此自然没有涵盖在以上几种典型的裂纹计算模式。智能裂纹扩展
基于以上的裂纹设置以及学习，相信对于断裂力学的工程应用将会得心应手，可以处理大部分有关于结构断裂失效的问题。当然还需要大家勤加练习，一边更好的掌握这些技能。为此，笔者在学习工程中也积累一些裂纹学习的资料（如下图），感兴趣的朋友把本文分享到朋友圈，截图发给仿真小助手即可领取。（领取方法：新用户关注仿真秀***回复 小助手 即可。老用户直接私信仿真小能手或仿真小助手即可）。
三、基于Workbench 疲劳断裂仿真分析10讲
为了帮助大家对裂纹的深刻认识，5月我在仿真秀官网和APP发布一套原创精品课《基于ANSYS Workbench 疲劳断裂仿真分析10讲》目前已经更新完整。推荐大家学习。
本次课程分为三大部分，第一部分对于疲劳断裂理论做简要介绍；第二部分为ANSYS Workbench Fracture工具的使用，分为六节介绍；第二部分为Fatigue tool的工具使用，分为2节。以下是我的课程安排：
学习型仿真工程师
理工科院机械专业在校学生
从事疲劳断裂分析的工程初学者
2、对学员的帮助是什么：
3、讲师介绍
DM老师，长期从事疲劳断裂研究，参与国家自然基金两项，发表中文核心、EI、SCI若干，现从事腐蚀疲劳的研究。
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