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abaqus应力强度因子计算的例子

------------------------------------------------------------------------------------------------------- 如何使用 ABAQUS 计算应力强度因子 Simwefanhj(fanhjhj@) 2011.9.9 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 问题描述:以无限大平板含有一贯穿裂纹为例,裂纹长度为 10mm(2a), 在远场受双向均布拉应力? =100N/mm2。按解析解,此 I 型裂纹计算出的应力 强度因子 ?? aK ? I =396.23(N.mm-3/2) 以下为使用 ABAQUS6.10 的计算该问题的过程。 第一步:进入 part 模块 ①建立平板 part(2D Planar;Deformation;shell),平板的尺寸相对于裂纹足够大, 本例的尺寸为 100×50(mm)。 ②使用 Partation Face:sketch 工具,将 part 分隔成如图 1 形式。 图 1 第二步:进入 property 模块 ①建立弹性材料; ②截面选择平面问题的 solid,homogeneous; ③赋予截面。 第三步:进入 Assembly 模块 不详述。需注意的是:实体的类型(instance type)选择 independent。 第四步:进入 mesh 模块 除小圈内使用 CPS6 单元外,其它位置使用 CPS8 单元离散(图 2)。裂纹尖端的 奇异在 interaction 模块中(图 4)考虑。 三角单元CPS6 四边形单元CPS8 图 2 第五步:进入 interaction 模块 ①指定裂纹 special/creak/assign seam,选中示意图 3 中的黄色线,done! ②生成裂纹 crack 1,special/crack/create,name:crack 1,type: contour integral. 当提示选择裂纹前端时,选则示意图的红圈区域,当提示裂纹尖端区域时选择红 圈的圆心,用向量 q 表示裂纹扩展方向(示意图 3 绿色箭头)。用同样的方法建 立 crack 2(示意图 3 中的蓝色区域)。 special/crack/edit,对两个裂纹进行应力奇异的设置,如图 4 所示。 Assign seam Crack 1 Crack 2 裂纹方向矢量 裂纹方向矢量 图 3 图 4 第六步:进入 step 模块 ①在 initial 步之后建立 static,general 步。 ②在 output/history output requests/create/中创建 2 个输出变量,如图 5 所示。(分 别定义 crack 1 和 crack2 )。其中 Number of contours 的意义是: SIF 是通过 J 积分算出的,J 积分本来是线积分,在有限元计算中不方便,后来有人研究可以 用环形区域积分代替,Abaqus 里 J 积分的计算就是这样做的,积分围数 1 就是 指计算 J 积分时取裂尖处奇异单元外第一圈单元作为环形区域算 J 积分,不同积 分围数算出的应力强度因子应该相差不多,如果相差太多,就说明算的有问题。 图 5 第七步:进入 load 模块 定义位移和荷载边界,如图 6 所示。 图 6 第八步:进入 job 模块 提交计算。Mises 应力分布见图 7,在.dat 文件中(图 8)查看应力强度因子。 图 7 图 8 可见与 I K 解析解的误差仅有 2.5%。

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