使用ABAQUS计算应力强度因子

------------------------------------------------------------------------------------------------------- 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σ＝100N/mm2。按解析解，此I型裂纹计算出的应力＝396.23（N.mm-3/2）

强度因子π

σa

K=

I

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。

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。

图3

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％。