使用Abaqus/CAE進行緊湊拉伸試件的斷裂力學研究

2013-06-11 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

Abaqus/CAE 6.5 版包括斷裂力學分析的建模和后處理功能。通過新功能,可以交互方式在 Abaqus/Standard 中使用等高線積分斷裂力學技術。增加了一些專門用于斷裂研究的工具,比如引起焊縫破裂、定義奇異點、選擇裂紋前緣和裂紋尖端、定義 q-向量或者裂紋前緣的法向、創建集中網格的工具。利用這些工具,可以建立模型來判定 J-積分、應力集中因素和裂紋發展方向。在本技術簡報中,建立了一個標準的緊湊拉伸試件的模型,J-積分的結果將與美國材料實驗協會 (ASTM) 標準和實驗測試方法得到的結果進行比較。結果表明 Abaqus的結果與實驗結果非常一致。

摘要
Abaqus/CAE 6.5 版包括斷裂力學分析的建模和后處理功能。通過新功能,可以交互方式在 Abaqus/Standard 中使用等高線積分斷裂力學技術。增加了一些專門用于斷裂研究的工具,比如引起焊縫破裂、定義奇異點、選擇裂紋前緣和裂紋尖端、定義 q-向量或者裂紋前緣的法向、創建集中網格的工具。利用這些工具,可以建立模型來判定 J-積分、應力集中因素和裂紋發展方向。在本技術簡報中,建立了一個標準的緊湊拉伸試件的模型,J-積分的結果將與美國材料實驗協會 (ASTM) 標準和實驗測試方法得到的結果進行比較。結果表明 Abaqus的結果與實驗結果非常一致。

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Abaqus的主要功能和優點

? 對于二維和三維模型,可以交互定義焊縫裂紋、裂紋前緣和 q-向量。
? 自動生成集中網格,并且對單元變壞和中間節點進行交互控制,其中中間節點是為了簡化裂紋尖端奇異點的建模而布置的。
? J-積分、Ct-積分、T-應力、應力集中因素 (KI, KII, KIII)、和裂紋發展方向的判定。
? 用于每個圍道積分和每條等高線時效圖的節點集的可視化。

背景知識

ASTM 已經將緊湊拉伸 (CT) 試件標準化,用于確定金屬材料斷裂韌度的試驗。
圖為 CT 試件測試裝置的原理圖,馬蹄夾和銷釘排列用于固定試件。原先破裂的試件以受控速率進行加載,記錄下加載偏移量作為結果數據。通過對試驗數據的分析,根據應力集中因素 K 或者 J-積分來確定材料的斷裂韌度。
6.5 版之前的版本不支持交互式 Abaqus/Standard 斷裂力學功能;Abaqus/CAE 包括了斷裂特殊工具使斷裂力學模型能夠更加有效發展。在本技術簡報中,展現了如何利用 Abaqus/CAE 對一個低合金鋼 CT 試件進行斷裂力學分析。計算得到J-積分值,并與利用標準分析方法計算得到的結果進行比較。

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