47-压缩载荷下的三维裂纹扩展分析

压缩载荷下的三维裂纹扩展分析量维科技2022.11.302压缩载荷下的中心贯穿裂纹对于受压的模型（裂纹），如何使用裂纹面接触（CrackFaceContact/CFC）来防止裂纹面穿透如果不包括CFC，则可能得到负的KI，使用CFC，用户会得到零或接近零的KINASTRAN的.pch文件中不包含接触压力的结果。因此，对于NASTRAN分析，应使用COD计算SIF局部模型中的中心贯穿裂纹厚板的全局和局部模型均匀压缩的厚板模型3

压缩载荷下的中心贯穿裂纹中心贯穿裂纹的默认模板网格参数关闭DoCoarsenCrackMouthMesh选项默认模板参数划分的裂纹区域的网格01ANSYS裂纹面接触45

无裂纹面接触均匀压缩下无CFC的M-积分KI均匀压缩下无CFC的KI6

默认的裂纹面接触CFC复选框和按钮ANSYSCFC参数对话框包含接触压力的M-积分计算SIF对话框均匀压缩下使用默认CFC设置的M-积分KI7

默认的裂纹面接触ANSYS接触压力云图ANSYS接触数据列表裂纹面上的大多数节点具有接近1.0的接触压力，该压力等于所施加的压缩载荷，沿着与裂纹前缘相邻的接触单元边界，压力达到接近2.0的峰值8

修改的裂纹面接触接触单元中包含裂纹前缘节点

CFC中包含裂纹前缘节点的M-积分KI与默认的裂纹面接触计算的SIF相当9

将接触行为切换为bondedboned-CFC中包含裂纹前缘节点的M-积分KI将接触行为切换为bonded10

修改后的裂纹前缘模板更改模板网格参数后的中心贯穿裂纹使用修改的模板网格参数和默认CFC的M-积分KISIF的差异相对较小，而分析时间却显著增加02ABAQUS裂纹面接触11

12

无裂纹面接触ABAQUS均匀压缩下无CFC的M-积分KIABAQUS和ANSYS均匀压缩下无CFC的KI对比SIF可以与ANSYS的SIF差异小于1％13

默认的裂纹面接触ABAQUSCFC参数对话框ABAQUS中均匀压缩使用默认CFC设置的M-积分KIM-积分SIF有很大的不同–是正值而不是负值。裂纹前缘附近的接触压力约为2.9，而ANSYS为2.1ABAQUS均匀压缩下使用默认CFC设置的COD方法KIABAQUS均匀压缩下使用默认CFC设置的VCCT方法KI14

修改的裂纹前缘模板修改的模板网格参数使用修改的模板参数和默认CFC的M-积分KI15

裂纹面绑定接触使用默认模板参数和绑定CFC的M-积分KIABAQUS将裂纹面绑定在一起，使裂纹面相对位移为零，然而，裂纹面存在正压力，当使用M-积分时，这些裂纹面压力以及裂纹前缘周围单元中的应力和应变的组合导致非零SIF裂纹面绑定接触03压缩载荷下的裂纹扩展----无裂纹面接触16

17

建模并赋予材料属性18

定义压力和约束19

网格划分20

应力结果21

导入模型，引入初始裂纹22

计算应力强度因子23

预测裂纹扩展对于脆性和疲劳裂纹的扩展，在“正常”加载条件下，建议使用最大拉伸应力（MTS）进行所有的扩展预测（单一模式或混合模式）对于压缩载荷，裂纹不扩展24

裂纹扭转方向判据的选择最大剪应力（MSS）之所以存在，是因为对于某些金属来说，当施加相对于KI而言越来越大的KII时，扭转角会跟随MTS预测的方向到达某一点，然后迅速过渡到MSS预测的方向（基本上是直线前进）。问题是：1）过渡点与材料有关（有些材料永远不会出现过渡）；2）现实中很难获得所需的KII与KI比率。工程实际的裂纹不太可能在KII高的方向形成。在实验室，可以在I型下预裂，然后他们突然施加高KII来获得MSS行为。但这在部件的正常运行中是几乎不可能发生的，至少在裂纹扩展过程中是如此。在扩展的每一步，裂纹都会扭转，以保持在I型中。可能在某些时候，你可能会得到一个突然的载荷变化，所以你可能想定期检查MSS，但我不会在预测扩展时使用它，除非你确切地知道在什么裂纹尺寸下你会得到突然的载荷变化。参考文献：Pettitetal,Nextgeneration3DmixedmodefracturepropagationtheoryincludingHCF–LCFinteraction,EFM102(2013)1–14。25

裂纹扭转方向判据的选择应变能释放率（SERR）扭转角准则和混合模式Kequiv选项之所以存在，主要是因为人们在论文或书本中读到了这些东西，他们希望能够使用它们。然而，我们的经验是，在大多数情况下，它们大多是学术上的兴趣这是因为，当一个裂纹扩展时，它不断地调整自己的方向，以便它主要是在I型（也许还有一些III型）中扩展。因此，你用什么来表示ηII和γII并不重要，因为它们会把数字乘得接近于零III型裂纹很棘手，因为它的行为很复杂。从力学上讲，III型试图做的是将裂纹前缘分解成若干较小的裂纹前缘，与原始前缘成一定角度。然而，对于大多数材料来说，这样做有一个相对巨大的能量障碍，所以只有当你在一个非常脆的材料（如岩石）中拥有几乎纯粹的III型时，你才能真正看到它。通常情况下，I型占主导地位，裂纹直接向前扩展，所以ηIII将是零至于γIII，III型的存在确实可能有助于裂纹扩展所需的能量。但这很复杂，而且与材料有关。可以去实验室做测试来确定数值，但这并不容易。大多数有经验的客户只使用Kequiv=KI当然，这些是适用于大多数情况的一般观察。在有些情况下，你可能想使用不同的扭转角准则或非零的η和γ，这些高级选项只能由真正了解他们试图建模的基本（可能是特定材料）断裂力学行为的人完成。26

最大剪应力准则27

最大应力准则28

应变能释放率准则29

04压缩载荷下的裂纹扩展----含裂纹面接触30

31

定义裂纹面接触32

定义裂纹面接触33

34

35

36

小结如果在裂纹表面没有接触的情况下得到负的KI，那么如果您包括接触，