补充材料一-断裂力学ansys方法.ppt

《补充材料一-断裂力学ansys方法.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、断裂力学的ANSYS求解技术September30,1998-Release5.5(0011)断裂参数1、应力强度因子K2、J积分3、能量释放率GSeptember30,2003StructuralNonlinearities断裂力学参数的求解先进行裂纹模型的线弹性或弹塑性静力分析然后用特殊的后处理命令或宏命令计算断裂参数September30,2003StructuralNonlinearities裂纹区域的模拟断裂模型中最重要的区域是围绕裂纹边缘的部位。裂纹的边缘，在二维模型中为裂纹顶端，在三维模型中为裂纹的前缘。September30,2003StructuralN

2、onlinearities在线弹性问题中，在裂纹顶端附近（或裂纹前缘）某点的位移随而变化，r是裂纹尖端到该点的距离，裂纹顶端处的应力和应变是奇异的，随变化。为选取应变的奇异点，相应的裂纹面须与它一致。围绕裂纹顶点的有限元单元是二次奇异单元，它是把单元边上的中节点放到1/4处。September30,2003StructuralNonlinearities2D-断裂模型适用于二维断裂模型的单元是PLANE2，为六节点三角形单元，围绕裂纹尖端的第一行单元，必须具有奇异性，PREP7中的KSCON命令（MainMenu>Preprocessor>-Meshing-Shape&Si

3、ze>-ConcentratKPs-Create)是指定围绕关键点的单元大小和分割排列。本命令自动围绕指定的关键点产生奇异单元。命令的其他选项是控制第一行单元的半径，以及控制周围单元的数目等。为获得理想的计算结果，围绕裂纹顶端的第一行单元，其半径应该是八分之一裂纹长或更小。在裂纹四周每一单元最好有30~40度角度，最好是等腰三角形。September30,2003StructuralNonlinearities三维模型推荐使用的单元类型为SOLID95，20节点块单元。围绕裂纹前缘的第一行单元应该是奇异单元，单元的KLPO面退化成KO线。产生三维断裂模型要比二维模型复杂，命

4、令KSCON不能用于三维模型，必须要保证裂纹前缘沿着单元的KO边。推荐的单元尺寸与二维模型一样，此外在所有的方向上，单元相临边之比不超过1：4。对曲线的裂纹前缘，单元的大小决定于局部曲率的数值，大概应该使沿曲裂纹前缘中每个单元只有15~30度的角度。所有单元的边（包括裂纹前缘）都应该是直线。3D-断裂模型September30,2003StructuralNonlinearities计算应力强度因子静态分析完成后，用POST1中的KCALC命令计算复合型断裂中的应力强度因子、、，该命令仅适用于在裂纹区域附近具有均匀的各向同性材料的线弹性问题。步骤如下：1、定义裂纹尖端或裂纹

5、前缘的局部坐标系，以X轴平行于裂纹面，Y轴垂直于裂纹面，如下图所示。使用KCALC命令时，坐标必须是激活的局部坐标系(模型坐标系和结果坐标系)。GUI:UtilityMenu>Workplane>LocalCoordinateSystems>CreateLocalCS>ATSpecifiedLocSeptember30,2003StructuralNonlinearities2、定义沿裂纹面的路径，应以裂纹顶端作为路径的第一点，对于半个裂纹模型而言，沿裂纹面需有两个附加点，对于整个模型，则应包括两个裂纹面共需四个附加点，两个点沿一个裂纹面，其他两个点沿另一个裂纹面，下面图形

6、给出了二维模型的情况。GUI:MainMenu>GeneralPostproc>PathOperation>DefinePathSeptember30,2003StructuralNonlinearities3、计算、和,KCALC命令中的KPLAN区域指定模型是平面应力或平面应变。除了薄板的分析，在裂纹顶端附近和它的渐近位置，其应力一般是考虑为平面应变，KSCYM域用来指定半裂纹模型是否具有对称边界条件，还是反对称边界条件，或是整体裂纹模型。命令：KCALCGUI:MainMenu>GeneralPostproc>NodalCalcs>StressIntFactrSept

7、ember30,2003StructuralNonlinearities计算J积分J积分的最简单形式可以定义为与路径无关的曲线积分，它能标志裂纹顶端附近的奇异应力和应变强度，下式是二维情况下的J积分表达式：其中，围绕裂纹顶端的积分路径应变能密度设X轴的拉力向量=设Y轴的拉力向量=应力分量路径的外法向线分量位移向量路径的距离September30,2003StructuralNonlinearitiesJ积分的计算在ANSYS中的GeneralPostproc中进行，主要是围绕上面的公式计算，其计算流程图如下图所示：