NASGRO-疲劳断裂机理与疲劳裂纹扩展分析软件

NASGRO是上世纪80年代美国航空航天局约翰逊宇航中心(NASA Johnson Space Center)在欧洲航天局和FAA的技术协助下开发的软件,NASGRO最初被用于对NASA航天器的断裂失效进行预测和控制,在NASA的老化飞机研究项目中,NASGRO被选定为飞机结构疲劳裂纹扩展分析的指定软件,从而使得NASGRO的分析能力得到了极大的提升。
20多年以来,NASGRO的功能在尖端项目应用中不断丰富和扩充,被应用于以航空航天和军工为代表的各行各业,已经发展成为具有广泛适应领域的疲劳裂纹预测和生长分析专业尖端技术软件。目前NASGRO在全球40多个国家有超过1700家用户。
美国西南研究院(SwRI)在2000年与NASA签署了太空行动协议,开始负责NASGRO的开发和用户服务。

NASGRO是用于疲劳断裂预测以及疲劳裂纹扩展寿命预测的软件,其主要功能包括:
• 疲劳裂纹生成(初始化)分析。
• 疲劳裂纹扩展和断裂分析。
• 预测结构寿命。
• 处理并储存疲劳裂纹扩展参数。
NASGRO提供了统一的Windows风格图形用户界面,在界面下集成各个分析模块,包括:
• NASFORM:疲劳裂纹生成(初始化)模块。
• NASFLA:核心寿命预测模块。
• NASBEM:二维边界元分析模块。
• NASMAT:材料数据库模块。

NASGRO提供了集成的Windows风格图形用户界面,用户可以方便直观地输入参数或者建立批处理文件,并可以方便地观察和修改。用户在该界面中可以对同类裂纹进行不同几何参数或者缩放系数的敏感性分析。

NASFORM是NASGRO的疲劳裂纹初始化模块。
NASFORM提供了一个应力寿命模型和四个应变寿命方程,可以输入应变寿命数据。

NASFLA是NASGRO的核心寿命预测模块。
NASFLA提供了独特的强大断裂力学分析功能,可以对多种类型的断裂力学问题进行计算,例如:

• 计算给定裂纹几何形态和载荷条件的应力强度因子,并且可以列表或图形化显示计算结果。NASFLA可以考虑超过60种的裂纹几何形态。

• 基于几何形态、初始裂纹长度和载荷谱来计算裂纹扩展并最终确定导致裂纹非稳定发展的载荷循环数或者寿命,在此计算中应用NASGRO裂纹扩展方程、Walker方程以及输入数据表。

• 计算在给定的载荷历史条件下,将导致裂纹扩展失效的临界初始裂纹尺寸。

• 计算在给定载荷下,应力强度因子将等于材料断裂韧度的临界最终裂纹尺寸。

• 进行持续裂纹扩展分析,计算裂纹扩展速度,从而确定在材料断裂失效前能够经受一个恒定载荷作用的时间。

NASBEM是NASGRO的二维边界元分析模块,用于计算二维形态裂纹的应力强度因子,可以考虑多轴载荷条件以及混合裂纹模式。
NASBEM可以用于建立应力强度因子表以及相应的裂纹长度,并进一步用于NASFLA模块预测寿命。
NASBEM也可以计算任意形状未开裂二维区域的应力场。
NASBEM包括三个部分:

• 友好的数据输入界面。

• 边界元求解器,包括应力强度因子计算程序。

• 后处理应力分析程序,提供了图形输出选项。

NASMAT可用于对材料的疲劳裂纹扩展数据或者断裂韧度进行存储、提取或者曲线拟合。NASMAT的材料数据库以英制与国际单位制方式提供了众多的材料数据,如下表所示。
材料数据库提供了超过9000组数据,其中包括超过3000组的疲劳裂纹扩展数据以及超过6000组的断裂韧度数据点。用户可以对这些数据查找、绘图或者拟合,以用于NASGRO裂纹扩展方程或者用户指定的扩展速度方程。这些数据也可以输入到扩展速度表中。