基于XFEM技术模拟二维平板疲劳裂纹扩展-Abaqus软件

2017-05-05  by:CAE仿真在线  来源:互联网

利用Abaqus软件做材料的疲劳裂纹扩展的模拟分析,早在2009年就已经在SIMWE论坛上看到有人发布相关的例子了,但是没有说出来具体CAE操作流程,虽然有inp文件,但是文件中某些关键词在CAE模块中并不支持,所以对于新手小白来说,想要做出疲劳裂纹的扩展,有点难度。本人两个月前开始接触疲劳裂纹的模拟,先前是一直在做静载荷条件下的裂纹扩展,两者都是利用XFEM技术,后者的教程在网上较多,但是前者的教程,就像前面提到的,少之又少。

同时,在Abaqus的帮助手册里,同样可以找到关于基于XFEM技术模拟低周循环载荷下,疲劳裂纹的扩展的相关例子,提供了inp文件,附在本文的最后,有需要的朋友可以下载来看看,也可以自己到帮助手册里找找出处。

好的,说了这么多,现在开始正式进入本篇教程的干货内容,基于本人也是还在新人阶段,此分析模拟是源自于帮助手册中的例子,但是边界条件与手册中有所差别,所以教程中有疏漏或者出错的地方,还请各位朋友,注意鉴别,提出指正批评。

【例子背景信息】一块3X3m的二维平板的顶部与底部受到方向相反的循环变化载荷,顶部受到峰值为8X10-5m位移载荷,底部受到峰值为-8X10-5m位移载荷,二维平板存在一条长度为0.3m的预制裂纹,位置如下面模型图所示。采用Direct cyclic分析步,实现受载过程的分析。

【模型信息】一块二维平板的几何信息和材料的参数、初始损伤判据和演化准则、分析步以及载荷边界条件设置如下图所示:

【cae操作步骤】

1. 首先先建立一个二维平板和初始裂纹的几何模型,在Part模块中操作:

   

   
   

   
   

   (1)二维平板几何模型:如图1所示,进入CAE界面后,点击

   
   create part,进入create part的编辑界面,为二维平板几何模型命名为plate,选择2D Planar(即此模型为二维模型),Deformable可变形的Shell模型,因为我们的二维平板规格为3X3m,一般
   
   的输入值为模型最大尺寸的5-10倍左右较为合适,所以我选择输入值为20作为大约尺寸。点击continue,进入画图界面,点击
   
   按钮,以对角点两点建立矩形,我们在
   
   坐标输入框中输入二维平板几何模型的两点对角点,首先输入(-3,-3)【不用输入括号】,按回车键完成一点输入,再输入第二点(3,3)【不用输入括号】,按回车完成第二点输入,最后点击一下鼠标中键完成二维平板几何模型的建立。

   
   

   (2)初始裂纹几何模型:如图2所示,点击

   
   create part,进入create part的编辑界面,为初始裂纹几何模型命名为initial crack,选择2D Planar(即此模型为二维模型),Deformable可变形的wire模型,因为我们的二维平板规格为3X3m,一般
   
   的输入值为模型最大尺寸的5-10倍左右较为合适,所以我选择输入值为20作为大约尺寸。点击continue,进入画图界面,点击
   
   按钮,以两点建立一条直线,我们在
   
   坐标输入框中输入裂纹的两个端点,首先输入(-3,0)【不用输入括号】,按回车键完成一点输入,再输入第二点(-2.7,0)【不用输入括号】,按回车完成第二点输入,最后点击一下鼠标中键完成初始裂纹几何模型的建立。

   
   

   
   

   
   

   
   图1 图2
   

   
   

   
   

2. 进入装配Assembly模块

   
   ,对二维平板与初始裂纹几何模型进行装配。

   
   

   首先点击

   
   creat instance,创建装配体,进入编辑界面,按住Shift键,选择刚刚建立的plate和initial crack部件模型,其他得接受默认选项,点击OK,完成二维平板模型的装配,如图3所示。

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   图4

3.创建材料以及损伤判据准则,首先进入

creat material创建材料,进入编辑界面,点击mechanical中的elasticity中的elastic,输入杨氏模量young’s modulus,输入值为210e9,泊松比0.3;再从mechanical中选择Damage for traction-separation中的maxps最大主应力准则作为材料的初始损伤判据,在max principal stress中输入值为8.44e7pa,再点击 中的Damage evolution建立材料的损伤演化准则,在type中选择energy,在softening中选择linear,mixed mode behavior中选择power law作为计算断裂能释放率的公式,并勾选power,输入值为1,代表指数为1(详情请查阅帮助手册中的power law公式),最后在三个类型的断裂能输入值为42200;再点击 中的Damage stabilization cohesive,输入粘性参数为5e-5,为了促进结果的收敛。

图5

4. 创建截面并指配截面,点击

creat section创建截面,进入到编辑界面,选择solid中的homogeneous,点击OK创建界面成功;第二步,点击 assign section指配截面,再点击二维平板模型,按鼠标中键,完成截面的指配,完成后,二维平板模型呈绿色。

图6

5. 划分网格,首先进入mesh模块

,要注意因为我们在之前在assembly选择是mesh on part,所以要选择 按边进行播种,按住shift键,并选中plate的四条边,点击鼠标中键,进入编辑界面,选择by number按照种子数量的方式进行播种,种子的数量为59(这里选择为基数的原因是必须要保证xfem初始裂纹的位置位于网格的内部,而不能再网格的边界上,否则会影响裂纹扩展的准确性,其根据各位可以去考究,本人是从网上找到的信息,出处不详,欢迎补充),点击ok完成种子播种。

然后点击

assign mesh control,指定划分网格的技术,进入编辑界面,选择quad全部为四边形,structured,点击OK;再点击 assign element type指定网格类型,进入编辑界面,在单元族family里选择plain strain平面应变类型,其他的接受默认设置,点击OK,最后的网格代号为CPE4。最后点击

图7

6. 设置接触条件,建立XFEM初始裂纹以及定义断裂准则(这一步非常关键)。

首先进入到interaction模块

,找到special选项里的crack,点击creat创建裂纹,选择XFEM,点击OK后,首先先点击裂纹所在的区域,也就是点击本例子中的plate,然后进入编辑界面,勾选crack location,然后点击旁边的箭头,选择我们装配好的裂纹线,再勾选specify contact property,因为还没有建立接触属性,所以我们可以点击编辑界面里的 来创建一个接触属性,进入contact property的编辑界面,我们只需要创建一个normal behavior,此选项可在mechanical里找到,参数设置如下图,创建完点OK,回到XFEM crack的编辑界面,选择刚刚创建的contact property后,点击OK,完成XFEM 初始裂纹的创建。

图8

接着,点击

creat interaction创建接触,进入编辑界面,选择XFEM growth,点击OK完成创建接触。现在最关键一步是要在key words里输入Fracture criterion断裂准则的参数设置(这一步本可以在contact property里设置,但是由于其中一项类型是选择为fatigue,而cae界面里没有此选项看,只有VCCT,所以这一步必须在key words输入,值得一提不要贪方便把全部的contact property都在key words输入,本人原来就连同normal behavior也一起在key words输入,所以最后裂纹始终没有扩展,原因应该必须要在XFEM crack指配一个接触性能),key words的输入请看图,在左边树形图的model点击右键,选择edit keywords,进入编辑界面,详情如图,具体数值定义,请自己考究。

图9

7. 进入到step模块,点击

creat step创建分析步,设置详情请看图(打字实在太累)。

图10

在field output里找到

这两项勾上,必须要这两项输出才能观察到裂纹的扩展状态,如果想要输入频率高一点的话呢,可以把frequency改成50(历程输出和场输出都改).

图11

为了改善结果的收敛,可以在other选项中,general solution control中edit一下step-1,进入编辑界面,如图设置。在下图中time incrementation下一个选项more中的IA数值改为50.

图12

8. 进入Load模块,建立边界条件以及幅值曲线载荷,首先建立初始边界条件,点击

创建边界条件,进入编辑界面,step选择initial,然后选择mechanical中的displacement/rotation,如图,点击continue,选择plate的上下两条边,固定x方向,也就是只勾选U1,点击ok完成初始边界条件创建。

图13

再点击

创建step-1的位移载荷边界条件,同上,在step中选择step-1,然后选择mechanical中的displacement/rotation,点击continue,选择plate顶部那条边,进入编辑界面,如图,其中要为位移载荷指配创建一个幅值曲线(实现载荷的周期变化),如图点击 ,进行如图参数设置(具体意义请自己考究),创建完幅值曲线并指定好后,点击OK,完成顶部边的载荷定义,重复上述操作为底部边设置方向相反,大小相同的位移载荷。

9. 进入JOB,提交任务,等待计算完成,进入result观察裂纹扩展情况。

PS:终于尼玛写完了,可能有些写的不清楚,欢迎大家留言,也希望各位大牛批评指正,补充完善,为广大学习者提供更为全面的学习信息。

给大家看看我的裂纹扩展结果,inp文件和cae文件有时间再上传。

在此提出声明,本文原创,转载或者作他用,请与本人联系,如有发现没有联系我就转载,我会追究法律责任,作者网名罗秀电影院。

原文连接:http://www.jishulink.com/content/post/325487

相关标签搜索：基于XFEM技术模拟二维平板疲劳裂纹扩展-Abaqus软件 abaqus分析培训 abaqus技术教程 abaqus岩土分析 钢筋混凝土仿真 abaqus分析理论 abaqus软件下载 abaqus umat用户子程序编程 Abaqus代做 Abaqus基础知识 Fluent、CFX流体分析 HFSS电磁分析 Ansys培训