abaqus裂紋擴(kuò)展(手冊翻譯)

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1、abaqus裂紋擴(kuò)展(手冊翻譯) Abaqus裂紋擴(kuò)展分析(手冊翻譯) 部分內(nèi)容： 定義初始粘合裂紋面 可能裂紋表面建模時采用采用主、從接觸面來定義。在接觸形式中，除了有限滑動、 面對面形式以外，其他所有接觸形式均可使用。預(yù)先定義的裂紋面在初始時應(yīng)部分粘合， 裂紋尖端因而可以被Abaqus/Standard顯式識別。初始粘合裂紋面不能采用白接觸形式。 定義初始狀態(tài)(initial condition)以識別裂紋初始綁定部分。用戶可以定義從接 觸面(slave surface)、主接觸面(master surface)、以及用來識別從接觸面初始部 分粘結(jié)的節(jié)點(diǎn)。從接觸面上沒有粘結(jié)的部分

2、表現(xiàn)為正常接觸面。主接觸面及從接觸面均需 要指明。 如果沒有節(jié)點(diǎn)如上所述被定義，初始接觸狀態(tài)將被應(yīng)用于整個接觸對。這種情況下， 不能識別出裂紋尖端，因而粘結(jié)而不能分開。 如果節(jié)點(diǎn)如上所述被定義，初始解除狀態(tài)將被應(yīng)用于從接觸面上已定義的節(jié)點(diǎn)處。 Abaqus/Standard將進(jìn)行核對以確保所定義節(jié)點(diǎn)只包含從接觸面上的節(jié)點(diǎn)。 ?INITIAL CONDITIONS, TYPE:CONTACT 激活裂紋擴(kuò)展能力(crack propagation capacibility) 裂紋擴(kuò)展能力需要在STEP定義中被激活，以確保初始部分粘合的2個面有可能產(chǎn)生 裂紋擴(kuò)展。用戶需要指明會產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展

3、的面。 ?DEBOND, SLAVE=slave_surface_name, MASTER=master_surface_name 多裂紋擴(kuò)展 裂紋可以在一個或多個裂紋尖端處產(chǎn)生擴(kuò)展。一個接觸對可以在多個裂紋尖端處產(chǎn)生 裂紋擴(kuò)展。然而，對于給定的接觸對只能擁有一個裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則(crack propagation criterion)。 定義開裂振幅曲線(debonding amplitude curve) 開裂產(chǎn)生后，通過從接觸面節(jié)點(diǎn)及主接觸面相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上大小相等方向相反的力產(chǎn)生面 間牽引。當(dāng)采用臨界應(yīng)力準(zhǔn)則、臨界裂紋開口位移準(zhǔn)則、裂紋長度-時間破壞準(zhǔn)則時，用 戶可以定義粘結(jié)面上某點(diǎn)產(chǎn)

4、生開始時，上述力以何種方式降至零。 最佳振幅曲線的選擇依賴于材料性質(zhì)、具體加教情況、裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則。如果應(yīng)力過快 被消除，在裂紋尖端處應(yīng)變的劇烈變化將會造成收斂困難。對于大變形問題，將會產(chǎn)生嚴(yán) 重的網(wǎng)格畸形。對于采用率無關(guān)材料的問題，線性振幅曲線完全能夠滿足要求。對r?采用 率相關(guān)材料的問題，產(chǎn)生開裂時的應(yīng)力應(yīng)以較慢速度消耗，以避免收斂困難和網(wǎng)格畸形。 在50$的時間里降低開裂應(yīng)力25%可以避免這些問題。 指定破壞準(zhǔn)則 臨界應(yīng)力準(zhǔn)則(critical stress criterion) 臨界應(yīng)力準(zhǔn)則適用于脆性材料(brittle material)的裂紋擴(kuò)展。臨界應(yīng)力準(zhǔn)則定義 如下：

5、是交界面處法向應(yīng)力分量: 為交界面處剪切應(yīng)力分量: 為法 向和剪切失效應(yīng)力。當(dāng)失效準(zhǔn)則值達(dá)到1. 0時裂紋尖端節(jié)點(diǎn)開裂。 ?FRACTURE CRITERION, TYPE=CRITICAL STRESS, DISTANCE^ 臨界裂紋開裂位移準(zhǔn)則(critical crack opening displacement criterion) 如果用戶基于臨界裂紋開裂位移準(zhǔn)則進(jìn)行裂紋擴(kuò)展分析時，當(dāng)裂紋尖端后某指定距離 處的裂紋開裂位移達(dá)到臨界值時產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)開裂。該準(zhǔn)則主要用于韌性材料(ductile material) o裂紋開裂位移定義如下： 為測得裂紋開裂位移值, 為臨界裂紋開

6、裂位移值。 ?FRACTURE CRITERION, TYPE=COD, DISTANCE、 裂紋長度一時間曲線準(zhǔn)則(crack length versus time criterion) 為了指定裂紋擴(kuò)展對時間顯示表達(dá)函數(shù)，用戶需要提供裂紋長度-時間的關(guān)系，以及 初始測點(diǎn)。準(zhǔn)則通過用戶定義裂紋長度及當(dāng)前裂紋尖端長度來判定。 ?FRACTURE CRITERION, TYPE=CRACK LENGTH, NSET=name VCCT 準(zhǔn)則(VCCT criterion) 虛擬裂紋閉合技術(shù)準(zhǔn)則(VCCT)應(yīng)用線彈性斷裂力學(xué)理論(LEFM),因此該準(zhǔn)則適用 于在預(yù)先定義面上產(chǎn)生脆性裂紋

7、擴(kuò)展的問題。 VCCT基于假設(shè)：裂紋產(chǎn)生一定擴(kuò)展的應(yīng)變能釋放量與使裂紋閉合所需的能量相等。 MODE I: Abaqus/Standard提供3中混合模式的準(zhǔn)則用以計(jì)算臨界等效應(yīng)變能釋放率：BK法則 (BK LAW)、指數(shù)法則(POWER LAW)、Reeder 法則(Reeder LAW) BK LAW: ?FRACTURE CRITERION, TYPE二VCCT, MIXED MODE BEHAVIOR二BK POWER LAW: ?FRACTURE CRITERION, TYPE=VCCT, MIXED MODE BEHAVIOR=POWER Reeder LAW:

8、 ?FRACTURE CRITERION, TYPE=VCCT, MIXED MODE BEHAVIOR=REEDER 低周疲勞準(zhǔn)則(Low-cycle fatigue criterion)(略) 具體過程 控制開裂中的時間增量 當(dāng)自動增量應(yīng)用于除了 VCCT及低周疲勞準(zhǔn)則以外其他的準(zhǔn)則時，用戶可以指定產(chǎn)生 開裂后的時間增量步大小。默認(rèn)地，時間增量步等于上一次指定的時間增量步。然后，如 果在增量步開始時滿足破壞準(zhǔn)則，開裂后的時間增量步的大小將被設(shè)定為該步中所允許的 最小時間增量步。 ?DEBOND, SLAVE:slave, MASTER二master, TIME INCREMEN

9、TS VCCT 準(zhǔn)則的粘性調(diào)整(viscous regularization) 存在裂紋不穩(wěn)定擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)模擬是十分棘手和困難的，不收斂經(jīng)常會出現(xiàn)。盡管常用 穩(wěn)定技術(shù)可以克服一些收斂困難，通過應(yīng)用粘性調(diào)整技術(shù)，VCCT可以應(yīng)用于局部剛度降低。 粘性調(diào)整剛度折減可以使在時間增量步足夠小的情況下，軟化材料的切線剛度陣為正。 ?DEBOND, SLAVE:slave, MASTER=maser, VISCOCITY=u 應(yīng)用VCCT準(zhǔn)則提示 采用VCCT準(zhǔn)則的分析要求小的時間增量步。分析采用VCCT準(zhǔn)則時， Abaqus/Standard通過逐個節(jié)點(diǎn)追蹤動態(tài)裂紋位置。因此在每一個單獨(dú)增量不中

10、，裂紋尖 端只允許一個單獨(dú)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展。因?yàn)椴捎肰CCT準(zhǔn)則的分析提供了具體的裂紋擴(kuò)展結(jié)果，用 戶需要小的時間增量步，尤其是當(dāng)網(wǎng)格高度細(xì)化時。 采用VCCT技術(shù)分析時有3種折減方式用于改善收斂問題，即：接觸穩(wěn)定性技術(shù) (contact stabilization)、動態(tài)或穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定性技術(shù)(automatic or static stabilization)、粘性調(diào)整技術(shù)(viscous regularization)。三種技術(shù)均與 VCCT 準(zhǔn)則 相兼容。如果用戶的VCCT模型由于不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)致不能收斂，將折減參數(shù)設(shè)為一 個相對較大的值并重新分析。當(dāng)參數(shù)足夠大時將會返回穩(wěn)定增量過程。然而裂紋

11、擴(kuò)展行為 可能由于,修改了模型二不符合實(shí)際的物理意義。為了監(jiān)測該過程中耗散的粘性這件能，計(jì) 算出該粘性耗散能并與總應(yīng)變能進(jìn)行比較(ALLSE) 較為合理的參數(shù)設(shè)置為粘性耗散能 僅占總應(yīng)變能很小的一部分。當(dāng)用戶采用接觸或動態(tài)穩(wěn)定性技術(shù)時，Abaqus將耗散能存入 數(shù)據(jù)文件(.odb)中的ALLSD變量中。當(dāng)用戶采用粘性調(diào)整技術(shù)時，Abaqus將耗散能存入 變量ALLVD中。為了盡可能提高開裂模擬的準(zhǔn)確性，開裂接觸對中的主、從面對應(yīng)部分 盡可能采用合適匹配的單元(matched mesh) o 在數(shù)據(jù)文件(.dat)中輸出接觸約束信息允許用戶檢查分析開始時接觸對的開裂狀態(tài)。 在信息文件(.msg

12、)輸出接觸狀態(tài)信息，用戶可以追蹤裂紋擴(kuò)展的變化行為。 用戶模型 中的主開裂面必須連續(xù)。 對丁?包含高階單元接觸對的二維模型而言，初始未開裂范圍應(yīng)該覆蓋整個單元表面。 換句話而言，二維高階模型中的裂紋尖端應(yīng)該位于從接觸面角點(diǎn)，裂紋尖端不能位于中間 部分節(jié)點(diǎn)。 VCCT準(zhǔn)則與粘結(jié)單元(cohesive element)比較 VCCT裂紋擴(kuò)展模擬沿著已知裂紋面粘結(jié)單元裂紋擴(kuò)展模擬沿著己知裂紋面。然而 粘結(jié)單元能夠用于單元面間作為獨(dú)立單元分離的機(jī)理應(yīng)用LEFM建立脆性斷裂模型應(yīng)用 LEFM或EPFM建立脆性或韌性斷裂模型。采用開裂架構(gòu)，不需要額外單元為了提高準(zhǔn)確 性，粘結(jié)單元的劃分需要密于周邊

13、結(jié)構(gòu)性單元的劃分及相關(guān)聯(lián)的粘結(jié)區(qū)域，因此，計(jì)算花 費(fèi)昂貴裂紋面開始處需要設(shè)計(jì)預(yù)先存在的缺陷，不能模擬不存在裂紋的某面的初始裂紋 當(dāng)應(yīng)變能釋放率大于斷裂能時裂紋擴(kuò)展允許存在多裂紋尖端/面的情況未產(chǎn)生裂紋時裂 紋面處了剛體粘結(jié)狀態(tài)能夠模擬不存在裂紋的某面的初始裂紋。當(dāng)連結(jié)牽引力超過臨界 值時裂紋開始擴(kuò)展裂紋開裂通過粘結(jié)失效模型來進(jìn)行判斷允許存在多裂紋尖端/面的情 況未產(chǎn)生裂紋時裂紋面彈性連結(jié)用戶白定義開裂強(qiáng)度(fracture toughness)需要用 戶白定義臨界牽引開裂值、連結(jié)強(qiáng)度、連結(jié)面的彈性參數(shù)僅限于Abaqus/Standard中使 用 測量臨界應(yīng)變能釋放率 應(yīng)用于" Abaqus

14、/Standard 及 Abaqus/Explicit ASTM D 5528_94a, “Standard Test Method for Mode I Interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer Matrix Compositesv ASTM D 6671-01, uStandard Test Method for Mixed Mode I-Mode II Interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composites" ASTM D 6115-97, uStandard Test Method for Mode I Fatigue Delamination Growth Onset of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer Matrix Compositesv 感謝您的閱讀，祝您生活愉快。