使用Abaqus/CAE进行紧凑拉伸试件的断裂力学研究

2013-06-11 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

Abaqus/CAE 6.5 版包括断裂力学分析的建模和后处理功能。通过新功能,可以交互方式在 Abaqus/Standard 中使用等高线积分断裂力学技术。增加了一些专门用于断裂研究的工具,比如引起焊缝破裂、定义奇异点、选择裂纹前缘和裂纹尖端、定义 q-向量或者裂纹前缘的法向、创建集中网格的工具。利用这些工具,可以建立模型来判定 J-积分、应力集中因素和裂纹发展方向。在本技术简报中,建立了一个标准的紧凑拉伸试件的模型,J-积分的结果将与美国材料实验协会 (ASTM) 标准和实验测试方法得到的结果进行比较。结果表明 Abaqus的结果与实验结果非常一致。

摘要
Abaqus/CAE 6.5 版包括断裂力学分析的建模和后处理功能。通过新功能,可以交互方式在 Abaqus/Standard 中使用等高线积分断裂力学技术。增加了一些专门用于断裂研究的工具,比如引起焊缝破裂、定义奇异点、选择裂纹前缘和裂纹尖端、定义 q-向量或者裂纹前缘的法向、创建集中网格的工具。利用这些工具,可以建立模型来判定 J-积分、应力集中因素和裂纹发展方向。在本技术简报中,建立了一个标准的紧凑拉伸试件的模型,J-积分的结果将与美国材料实验协会 (ASTM) 标准和实验测试方法得到的结果进行比较。结果表明 Abaqus的结果与实验结果非常一致。

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Abaqus的主要功能和优点

• 对于二维和三维模型,可以交互定义焊缝裂纹、裂纹前缘和 q-向量。
• 自动生成集中网格,并且对单元变坏和中间节点进行交互控制,其中中间节点是为了简化裂纹尖端奇异点的建模而布置的。
• J-积分、Ct-积分、T-应力、应力集中因素 (KI, KII, KIII)、和裂纹发展方向的判定。
• 用于每个围道积分和每条等高线时效图的节点集的可视化。

背景知识

ASTM 已经将紧凑拉伸 (CT) 试件标准化,用于确定金属材料断裂韧度的试验。
图为 CT 试件测试装置的原理图,马蹄夹和销钉排列用于固定试件。原先破裂的试件以受控速率进行加载,记录下加载偏移量作为结果数据。通过对试验数据的分析,根据应力集中因素 K 或者 J-积分来确定材料的断裂韧度。
6.5 版之前的版本不支持交互式 Abaqus/Standard 断裂力学功能;Abaqus/CAE 包括了断裂特殊工具使断裂力学模型能够更加有效发展。在本技术简报中,展现了如何利用 Abaqus/CAE 对一个低合金钢 CT 试件进行断裂力学分析。计算得到J-积分值,并与利用标准分析方法计算得到的结果进行比较。

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