ABAQUS 求解应力强度因子
背景介绍
断裂力学隶属于结构完整性范畴,主要研究裂纹在各种载荷下扩展、失稳和止裂的机理,给工程师确定结构参数提供理论参考。众所周知,工程师能够通过应力强度因子、J 积分以及能量释放率等参量分析裂纹的扩展规律,例如:脆性断裂可以用应力强度因子进行表征,其临界值为: K I = K IC,其中, K IC 为材料的断裂韧度, K I 是构件裂纹尖端的应力强度因子,由材料的尺寸、形状和所受的载荷形式确定。应力强度因子表征了裂纹尖端应力应变场的强度,是断裂力学中非常重要的一个参数,当前可以通过解析法、数值解法和实验标定法进行求取。裂纹问题的分析主要包括裂纹参量的计算:
目前,通过有限元分析裂纹的方法有多种:(1)内聚力(cohesive)单元;(2)扩展有限元方法(XFEM),通过设置损伤起始的判据,损伤演化规律,损伤稳定性控制等相关参数,实现裂纹扩展;(3)在abaqus中定义seam来预设裂纹扩展路径,可以模拟裂纹尖端的奇异性,计算裂纹强度因子以及能量释放率等参量;(4)VCCT方法;(5)Debond实现裂纹开裂。
计算结果对比:abaqus计算结果为 719.623 Mpa mm1/2;采用理论公式的计算结果为:720.6717Mpa mm1/2,相对误差为 0.15%
KI=σπag(ξ){K_I} = \sigma \sqrt {\pi a} g(\xi )KI=σπag(ξ)ξ=aw\xi = \frac{a}{w}ξ=wag(ξ)=1.12−0.231ξ+10.55ξ2−21.72ξ3+30.39ξ4g(\xi ) = 1.12 - 0.231\xi + 10.55{\xi ^2} - 21.72{\xi ^3} + 30.39{\xi ^4}g(ξ)=1.12−0.231ξ+10.55ξ2−21.72ξ3+30.39ξ4
注意点:
(1) 网格划分方法以及单元类型设置;
(2) Abaqus输出裂纹强度因子;
(3) Abaqus输出节点信息
*ELPRINT, ELSET=crackCOORD, S22
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