三维裂纹扩展分析软件FRANC3D V6.1介绍三维裂纹扩展分析软件FRANC3D V6.1介绍.pdf

全新一代FRANC3D V6.1 微动疲劳与任意三维裂纹扩展分析 上海量维信息科技有限公司 地址：上海市徐汇区宜山路900 号科技产业化大厦A 区411-413 室 邮编：200233 电话：+86 21 现状分析 在工业中，真实的结构总是存在众多缺陷或裂纹，对于一个含裂纹或缺陷的构件，多在 其服役荷载远低于容许强度的情况下就发生了破坏。实际工程结构在经受长时间多因素综合 作用下，产生变形、裂纹等缺陷，从而导致整个结构的失效。结构的失效主要由疲劳引起， 其最终失效形式即为断裂，有大约 80% 以上的工程结构的断裂与疲劳有关，由疲劳引起的 巨大经济损失及灾难性的后果不胜枚举。 美国的一项调查指出，“每年，因材料的断裂失效引起的经济损失大概有1,190 亿美元， 是全美GNP 的4% 。其中，这些损失中估计有350 亿美元可以通过应用断裂力学来避免， 又有280 亿美元可以通过相关的研究避免。”巨大的直接和间接经济损失固然惊人，但是由 于断裂失效引起的人身伤害和生命损失更令人扼腕叹息。 KC-135 疲劳失效 存在的问题 在一般情况下，裂纹是引起各种结构、零部件失效及工程中的各类重大事故的根源。因 此，发现各种裂纹现象、了解裂纹扩展及失稳扩展的条件、掌握裂纹扩展的规律及控制裂纹 的扩展非常有必要。但目前，我们往往还没有对裂纹进行有效的研究和分析，主要表现在以 下几个方面： 1) 目前的设计主要采用强度设计方法，不能对结构件的寿命和失效进行有效的评估， 而失效分析是强度分析的深入和延伸； 2) 对已破坏或出现裂纹的零部件只是凭经验或不断的尝试来进行改进，没有科学严谨 的方法来进行评测和把控，有的设计改进甚至会减少产品的寿命，加速破坏； 3) 没有专门的专家团队或部门进行可靠性和疲劳寿命评估； 4) 真实的裂纹形态往往是三维的，要深入进行研究的话还缺乏专业的断裂和失效分析 工具； 5) 如果进行疲劳试验，则实验周期长、耗资大，同时也存在大量随机性和不确定性。 2 FRANC3D 中国网站请访问：/ 地址：上海市徐汇区宜山路900 号科技产业化大厦A 区411-413 室 邮编：200233 电话：+86 21 需求分析 在工程实际中，我们通常不能仅仅因为某个构件出现了裂纹就简单的认为该构件不安全 或不可靠，尤其是对于大型设备的重要构件，因为这将使企业耗费高昂的成本。对于出现的 裂纹，以往多采用以下几种处理办法：一是对出现裂纹的构件进行更换，这对于含裂纹但仍 能工作的构件是一个巨大的浪费。二是强行停止使用进行维修，这样会带来巨大的经济损失； 三是冒险继续使用，但这样会带来巨大风险，甚至会造成人员伤亡；所以人们更想知道，出 现的裂纹是否会在既定载荷（包括疲劳载荷在内的任意载荷）下扩展成不安全或失效的临界 尺寸。 断裂力学专门研究含缺陷材料的力学行为，评估构件的破坏条件和服役性能。失效分析 则是采用断裂力学的理论和方法对含裂纹等缺陷构件的失效过程进行分析，以评估产品的安 全性和可靠性。在工程实践中，失效分析已成为评估产品性能、改良产品设计和提高服役寿 命的一个重要工具，已经在化工机械、飞行器、核工业等各个工程领域得到了广泛应用，并 得到了世界各国政府及学术机构的重视。 目前，失效分析主要有两种方法： 1）解析法 依据相应的规范和经验公式，将复杂的三维问题简化为二维问题，并对复杂的裂纹形状 和荷载状态进行简化，然后用经验的方法对裂纹安全性进行评估。但对于大量结构复杂的工 程实际问题却无能为力，况且其简化后的分析准确度及是否真实逼近服役情况也值得探讨。 2 ）数值法