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54 基于ANSYS有限元软件裂纹扩展模拟 基于ANSYS有限元软件裂纹扩展模拟 刘 莎’ 张芳 (武汉铁路局武昌东站技术科)(十堰东风商用车研发中心) 摘 要 从能量释放率准则出发，用ANSYS软件作为平台，进行二次开发来模拟 二维复合加载下裂纹的扩展。裂纹扩展路径的模拟是模拟裂纹扩展中的难点。重点 描述了模拟裂纹扩展路径。 关键词 裂纹 能量释放率 裂纹扩展Paris公式 0前言 尽管如此，在目前裂纹扩展有限元研究中，t厂n 裂纹扩展有限元模拟研究涉及三个问题： 一幽控制仍是应用最广泛的方法之一，包括在 理论基础、扩展控制参量及模拟方法。理论基 裂纹扩展量大的情况下，其中原因之一是L，n阻 础直接影响有限元方程构成和具体实施的难易 力曲线属于远场，，而远场的有限元实施具有 程度，应用全量理论还是增量理论；采用非线 相当的数值稳定性。裂纹小量扩展后，CTOA 性弹性假设还是考虑扩展过程中能量耗散的真 基本保持常数的特性使L，n—CTOA联合作为 实弹塑性本构关系、屈服条件、小变形、有限 扩展准则具有潜在的发展前景，因为当，x— 变形或大变形理论等等。就目前看来，研究主 要以非线性弹性及小变形理论为主，且大多数 个难点，即有限元实施时的小量扩展阶段应用 采用VonMises屈服准则，包括能量耗散在内 的真实弹塑性及大变形理论的有限元研究者也 为常数开始点时，也几乎是。，控制失效点，随 有，但研究不很系统。 后的裂纹扩展则用CTOA代替，。作为控制参 裂纹扩展控制参数与断裂理论发展及裂纹 数。由于实验测定的数据大多给出载荷或载荷 扩展测量技术有关。扩展控制参数研究是目前 线位移与裂纹扩展量的关系，故P一△“或 弹塑性断裂问题有限元热门课题之一。扩展模 I。I。D一△n作为另外两个裂纹扩展控制参数而 拟控制参数主要有下述几种：L，。一△口控制，Jn 被广泛应用于有限元模拟技术中，特别是生成 一(：T()A联合控制，载荷控制尸一幽及载荷线阶段分析中。WolfgangBrocks应用有限元模 位移控制I。I。D一△(_f，能量释放准则控制G一型比较了。，。一△日、P一△口、I．I。D一△“三种裂纹 △口。在，a一△“控制的实篪过程中，，z阻力曲 扩展控制参数的模拟结果指出，尽管对某些类 线作为材料特性，并假设与样本几何性及加载 过程无关。如上所述，此假设的合理性尚存在 某些较为明显的优点，但裂纹扩展模拟的数值 某些疑问，已有证据表明，当裂纹扩展量增大 时，，。阻力曲线的样本几何依赖性明显增大。 Brocks说明了模拟策略对一平面应变样本有 *刘莎．女．1976年9月生．工程师。武汉市．430075。 万方数据 《化工装备技术》第27卷第1期2006年 55 限元计算结果的影响，并与实验结果进行了比 (2)，给定一定间隔裂纹扩展量幽值就可以确 较。出现差别的原因是因为当裂纹扩展到某一 定在该间隔内的载荷循环次数Ⅳ，这样就完成 程度，P的微小变化将引起相应位移，从而在此 了一个问隔内裂纹扩展量勘的计算，而后进 阶段产生较大的数值误差。关于t，n一幽控制 行下一个间隔的计算。当然，间隔分得愈细，结 方法，文献[1]指出，在一较大的裂纹扩展间距 果愈准确，但计算量也愈大。 内．用有限元求得的远场J显示了与实验良好 在复合型加载状况下裂纹的扩展方向如 的一致性。能量释放准则有广泛的适应性，特 何，前人已经做了大量的工作。用有限元来