裂纹扩展分析
三维裂纹扩展分析软件FRANC3D V6.1介绍
5 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：+Байду номын сангаас6 21 51090998
操作界面及工作流程
FRANC3D V6.1 采用流程向导的方式进行操作， 且每一步均采用图形和对话框的用户界 面，极大方便了用户的操作，具有良好的用户体验。这些向导包括： 微动疲劳裂纹萌生分析向导 裂纹引入向导 裂纹扩展分析向导 疲劳裂纹扩展寿命计算向导
FAC 公司（ Fracture Analysis Consultants, Inc.）成立于 1988 年，起源于美国康奈尔大学断 裂力学组（Cornell Fracture Group），该公司开 发的 FRANC3D V6.1 继承于康奈尔大学于上世 纪 80 年代开发的 FRANC3D 软件，即现在的 FRANC3D/Classic。虽然两者共享同一个名称， 但 V6.1 版本综合了 Classic 版本 20 多年的开发 和应用经验，用 C++语言进行全新内核编写，将 原来基于边界元的方法更改为利用有限元法， 用 python 语言开发全新界面并采用不同方法来进 行模型处理和断裂力学计算， 无论是界面还是算 法，都有根本不同。
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) 2) 3) 4) 5) 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； 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； 没有专门的专家团队或部门进行可靠性和疲劳寿命评估； 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； 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。
岩石岩体的裂纹扩展机理与稳定性分析
岩石岩体的裂纹扩展机理与稳定性分析岩石岩体是地球的基础构造之一，其内部存在着各种裂纹。
对于岩石岩体的裂纹扩展机理与稳定性分析的研究对于地质工程和地震预测具有重要意义。
本文将从裂纹扩展的机理和岩体的稳定性两个方面进行论述。
一、裂纹扩展的机理在岩石岩体中，裂纹的扩展是由于外部应力的作用下所引起的。
岩石岩体中的裂纹可以分为两类，一类是存在于岩石岩体内部的裂纹，另一类是存在于岩体表面的裂纹。
这两类裂纹的扩展机理有所不同。
对于岩石岩体内部的裂纹，其扩展机理主要包括弹性扩展和塑性扩展两种情况。
在弹性扩展情况下，岩体受到外部应力的作用后，裂纹会随着应力的消散而逐渐扩展。
而在塑性扩展情况下，岩石岩体由于内部的应力集中会发生塑性变形，从而导致裂纹的扩展。
岩石岩体表面的裂纹主要是由于外部环境的作用而引起的，如风化、水蚀等。
这些外部环境的作用会导致岩体表面的裂纹逐渐扩展，并最终导致岩体的剥离。
二、岩体的稳定性分析岩体的稳定性分析主要是对岩体的破坏机理进行研究，以评估其对外界应力的承受能力。
稳定性分析可以从岩体的内部结构和外界应力两个方面进行。
对于岩体的内部结构，其稳定性主要取决于岩体中裂纹的分布和形态。
裂纹越多越密集，岩体的强度就越低，稳定性就越差。
此外，裂纹的形态也会影响岩体的稳定性。
如果裂纹形态呈乱石块状，岩体的稳定性就会较好。
但如果裂纹呈片状或逆片状，岩体的稳定性就会较差。
外界应力是岩体稳定性的另一个重要因素。
外界应力的大小和方向会对岩体的稳定性产生显著影响。
当外界应力超过岩体的强度极限时，岩体就会发生破坏。
而应力的方向也会影响岩体的稳定性，垂直于裂纹的应力会促进裂纹的扩展，从而降低了岩体的稳定性。
总结岩石岩体的裂纹扩展机理与稳定性分析是地质工程和地震预测中的重要研究内容。
裂纹的扩展机理包括弹性扩展和塑性扩展，而岩体的稳定性分析则主要从岩体的内部结构和外界应力两个方面入手。
深入研究岩石岩体的裂纹扩展机理与稳定性，有助于实施有效的地质工程和预测地震的发生。
裂纹扩展分析XFEM在断裂问题中的应用
目录1 引言 (1)1.1 研究的背景 (1)1.2 研究的内容和途径 (1)1.2.1 研究的内容 (1)1.2.2 研究的途径 (1)1.3 研究的意义 (2)2 扩展有限元法的基本理论 (3)2.1 单位分解法 (3)2.2 水平集法 (4)2.2.1 水平集法对裂纹的描述 (4)2.2.2 水平集法对孔洞描述 (5)2.3 扩展有限元法 (6)2.3.1 扩展有限元法的位移模式 (6)2.3.2 扩展有限元离散方程的建立 (6)2.3.3 扩展有限元的单元积分 (7)3 断裂力学的基本理论 (9)3.1 裂纹的基本类型 (9)3.2 几种常见的断裂判断依据 (10)3.2.1 应力强度因子 (10)3.2.2 J积分 (10)3.2.3 COD判据 (11)3.3 线弹性断裂力学 (11)3.3.1 线弹性断裂力学适用范围 (12)3.3.2 应力强度因子准则 (12)3.4 弹塑性断裂力学 (13)3.4.1 J积分 (13)3.4.2 COD理论 (15)4 算例分析 (16)4.1 算例1 (16)4.1.1 建立裂纹体的几何模型 (16)4.1.2 裂纹体的有限元模型 (16)4.1.3 裂纹体的材料性能 (17)4.1.4 裂纹体的条件设置 (17)4.1.5 结果分析 (18)4.2 算例2 (22)4.2.1 椭圆孔对裂纹扩展的影响 (22)4.2.2 圆形孔对裂纹扩展的影响 (29)4.2.3 方形孔对裂纹扩展的影响 (32)4.2.4 三角形孔对裂纹扩展的影响 (35)4.2.5 孔形对裂纹扩展的影响 (38)本章小结 (41)结论 (44)参考文献 (45)致谢 (47)1 引言1．1 研究的背景自20世纪初以来，桥梁、船舶、管道、压力窗口、发电设备的汽轮机和发电机转子等曾多次发生过断裂事故，例如因为压力窗口的大型化或厚截面压力窗口的增多以及低温压力容器在化工、石油等工业中的广泛使用，使得断裂事故迭有发生，这些事故在世界各国都引起了广泛的关注，通过大量的断裂事故可以表明，构件的断裂都是由于其内部存在各种类型的裂纹所致，而这些裂纹的存在和扩展，使得结构的承载力在某种程度上不断削弱，从而影响了工程结构的质量与安全，所以研究断裂内部裂纹起裂情况及扩展规律，对工程的设计以及施工、维护等方面都具有重大的指导意义，不论是从经济、人身安全、技术等哪方面来考虑，深入研究裂纹起裂及扩展规律都显得更为有意义。
裂纹原因分析报告
裂纹原因分析报告1. 背景介绍裂纹是物体表面或内部出现的细微断裂，可能会导致物体的破坏或失效。
在工程领域中，对于裂纹的原因分析十分重要，以便采取适当的措施来预防和修复裂纹。
本文将通过一系列步骤，对裂纹的原因进行分析，并提供解决方案。
2. 数据收集在进行裂纹原因分析之前，需要收集相关的数据和信息。
这些数据可以包括物体的历史记录、使用环境、操作条件、材料特性等。
通过收集充分的数据，可以更好地理解裂纹形成的背景和条件。
3. 观察和检测观察和检测是裂纹原因分析的关键步骤之一。
需要对物体进行仔细的观察，并使用适当的检测工具来检测裂纹的形态和位置。
这可能包括使用显微镜、探伤仪器或其他非破坏性检测方法。
4. 裂纹形态分析在观察和检测的基础上，对裂纹的形态进行分析。
裂纹的形态可以提供有关裂纹的起源和扩展方式的重要线索。
需要注意裂纹的长度、深度、形状以及是否存在支裂纹等特征。
5. 材料分析裂纹的形成和扩展通常与材料的性质和特性有关。
在这一步骤中，需要对裂纹周围的材料进行分析。
可以对材料的组成、硬度、强度等进行测试，以确定是否存在材料缺陷或异常。
6. 应力分析裂纹的形成和扩展与物体所受的应力有关。
在这一步骤中，需要对物体受力情况进行分析。
可以使用有限元分析等方法，计算和模拟物体在不同应力条件下的行为，以确定裂纹可能的起因。
7. 环境分析物体所处的环境条件也可能对裂纹的形成起到一定的影响。
在环境分析中，需要考虑温度、湿度、腐蚀性物质等因素。
通过分析物体所处的环境条件，可以确定裂纹形成的环境因素。
8. 结果总结通过以上步骤的分析，可以得出裂纹形成的可能原因。
根据分析结果，可以制定相应的解决方案。
可能的解决方案包括材料更换、改变使用条件、增加支撑结构等。
9. 结论裂纹原因分析是预防和修复裂纹的重要步骤。
通过收集数据、观察和检测、裂纹形态分析、材料分析、应力分析和环境分析等步骤，可以找到裂纹形成的原因，并采取相应的措施来解决问题。
第09讲：裂纹扩展分析和裂纹扩展寿命计算
{
}
n
= C (1 − R ) K max
M
{
}
n
M = M2
式中 C , M , n 为实验确定的常数，Walker公式也是 一个幂函数式，对描述裂纹速率特性的中间区域是 很适合的。 Walker公式考虑了负应力比影响，适用面较广。
6
Forman公式 公式
C ( ∆K ) da = dN (1 − R ) K C − ∆K
9
注意事项
上述公式中材料常数C、n不能完全互换 不能完全互换； 不能完全互换 材料常数必须与公式适用范围相匹配 匹配； 匹配 许多材料常数是有量纲的，注意量纲的换算 量纲的换算； 量纲的换算 应用时要考虑环境的影响；
10
本讲内容
1 2 3 4
恒幅载荷下裂纹扩展速率表达式
变幅载荷下裂纹扩展特性
变幅载荷下裂纹扩展计算模型 疲劳裂纹扩展寿命计算
28
改进的Willenberg模型 改进的 模型
为了考虑裂纹扩展中的应力松弛效应以及负载加 速效应，张振邦提出了改进的Willenberg模型。 有效超载塑性区 式中： (Ry )OL
(R )
y
OL
eff
= (1 + λ R eff
2
)(R y )OL
1 K OLmax = απ σ ys
3030恒幅载荷下裂纹扩展速率表达式变幅载荷下裂纹扩展计算模型变幅载荷下裂纹扩展特性疲劳裂纹扩展寿命计算3131裂纹扩展寿命的计算疲劳裂纹扩展寿命是指裂纹在交变载荷的作用下由某一长度扩展到另外一长度的加载次数
第9讲 裂纹扩展分析和裂纹扩展寿命计算
作业 1、等幅载荷下描述裂纹扩展速率的公式有哪些， 、等幅载荷下描述裂纹扩展速率的公式有哪些， 简述这些公式的特点和适用范围。 简述这些公式的特点和适用范围。 2、无限大钢板含有2a=42mm的穿透裂纹；承受 、无限大钢板含有 的穿透裂纹； 的穿透裂纹 ∆σ=100MPa的载荷，材料的临界裂纹尺寸 的载荷， 的载荷 ac=225mm,试验测得裂纹扩展速率表达式 试验测得裂纹扩展速率表达式 da/dN=2×10-7(∆K)3mm/周，试估算该钢板的疲劳 × 周 寿命和经5000次循环后的裂纹尺寸。 次循环后的裂纹尺寸。 寿命和经 次循环后的裂纹尺寸
短裂纹扩展规律及分析方法整理
一、材料疲劳裂纹扩展研究现状许多领域对于材料的疲劳性能有着特殊的要求，以航空、船舶及发动机材料为例，高温抗疲劳性能是关系到可靠性和寿命的一项非常重要的性能指标。
工程实践及理论研究表明，疲劳是导致材料、构件失效的重要因素之一。
据统计，机械零件破坏的50% ～90%为疲劳破坏，而材料约90% 的疲劳损伤寿命都是消耗在裂纹萌生及扩展阶段，因此建立一种既能应用于损伤容限分析，也能应用于耐久性分析的疲劳全寿命预测方法，必须了解其在短裂纹阶段的行为。
二、短裂纹的定义短裂纹的定义有两种其一，从力学角度，将不满足线弹性断裂力学( linear elasticfracture mechanics LEFM) 有效性条件的裂纹统称为短裂纹;其二，从物理学角度，短裂纹是指裂纹长度不超过应力、应变场范围，或者说与塑性区同一数量级的裂纹。
疲劳短裂纹行为具体地可划分为尺度与微观结构特征相当的微观组织短裂纹( microstructure shortcrack，MSC) 行为和脱离微观结构束缚的物理短裂纹( physical short crack，PSC) 行为。
主要涉及短裂纹萌生与扩展机理、寿命预测和短裂纹行为模拟三方面内容。
三、短裂纹萌生机理关于短裂纹的形成有三种解释：第一种解释认为，在疲劳过程中由于材料微观结构的非均匀性，会引起材料力学性能的持续硬化现象，对于微观屈服强度低的晶粒，其循环硬化速率高且饱和值大; 而对于微观屈服强度高的晶粒，其循环硬化速率低、饱和值小。
当某一或某些表面晶粒由于循环硬化而使塑性耗尽时，该晶粒开裂而产生短裂纹。
第二种观点认为，疲劳过程首先由滑移开始。
金相观察发现，在一定循环载荷下，滑移带在较大铁素体晶粒内出现，且载荷越大，有滑移带形成的铁素体晶粒越多，同时个别滑移带逐渐加深或变宽，之后在缺口正表面形成一条或几条在高放大倍数显微镜下看到的细小疲劳裂纹。
第三种说法是，疲劳损伤起因于沿晶短裂纹，高温可以促进晶界滑动，晶界滑移聚集又会促进晶界孔洞的集结和局部扩散的发生，而局部扩散又会促进孔洞成长，因此高温下易于形成沿晶裂纹。
裂纹扩展阻力曲线
裂纹扩展阻力曲线
裂纹扩展阻力曲线是指描述材料在裂纹扩展过程中，阻力与裂纹长度或宽度之间关系的曲线。
这种曲线通常用于评估材料在受到破坏性应力或温度等条件下的耐久性和稳定性。
在材料科学中，裂纹扩展是一个重要的过程，它通常发生在材料受到外力或环境条件的影响下。
裂纹扩展阻力曲线可以描述材料在裂纹扩展过程中的阻力变化，包括初始阶段、加速阶段和减速阶段。
在初始阶段，材料抵抗裂纹扩展的能力较弱，随着裂纹的逐渐形成和扩展，阻力逐渐增加，进入加速阶段。
在这个阶段，裂纹扩展速度加快，阻力曲线呈现出陡峭的趋势。
在减速阶段，裂纹扩展速度逐渐减慢，阻力曲线趋于平缓。
通过分析裂纹扩展阻力曲线，可以评估材料在不同条件下的性能和稳定性，为材料设计和应用提供重要的参考依据。
在实际应用中，可以根据裂纹扩展阻力曲线来评估材料的耐久性和可靠性，从而优化材料的选择和应用。
裂纹原因分析报告
裂纹原因分析报告1. 引言本报告旨在对裂纹产生的原因进行分析和解释。
通过对裂纹的形成机制、材料特性、工艺参数等方面的研究，对裂纹的产生原因进行归纳总结，并提供相应的解决方案。
2. 裂纹的定义裂纹是指材料中的断裂缝隙，通常由于外部力、热膨胀或其他因素引起。
裂纹的存在对材料的性能和使用寿命都会产生重大影响，因此对裂纹的原因进行深入研究具有重要意义。
3. 裂纹的分类根据裂纹的形态和产生原因，裂纹可以分为以下几种类型：3.1 表面裂纹表面裂纹是指在材料表面形成的裂纹，通常由于外部力或疲劳等因素引起。
表面裂纹的主要特点是易被观察到，并且对材料的疲劳寿命影响较大。
3.2 内部裂纹内部裂纹是指在材料内部形成的裂纹，通常由于材料内部的缺陷或应力集中等因素引起。
内部裂纹的存在对材料的强度和韧性产生较大影响。
3.3 焊接裂纹焊接裂纹是指在焊接过程中产生的裂纹，通常由于焊接材料和基材的热膨胀系数不匹配或焊接过程中的应力集中等因素引起。
焊接裂纹的存在对焊接接头的强度和密封性产生重要影响。
4. 裂纹产生的原因裂纹产生的原因复杂多样，以下列举了几个常见的原因：4.1 材料特性材料的特性是裂纹产生的重要原因之一。
例如，材料的强度、韧性、热膨胀系数等特性会直接影响裂纹的形成和扩展。
如果材料强度较低或韧性较差，则裂纹很容易形成并扩展。
4.2 外部力外部力是裂纹产生的常见原因之一。
当材料受到外部力的作用时，会产生应力集中，从而导致裂纹的形成。
例如，弯曲、拉伸、压缩等外部力都可能引起裂纹的产生。
4.3 工艺参数工艺参数是影响裂纹产生的重要因素之一。
例如，焊接过程中的温度、焊接速度、焊接压力等参数都会对焊接接头的质量产生重要影响。
如果工艺参数设置不当，就会导致焊接裂纹的产生。
4.4 环境条件环境条件是裂纹产生的重要因素之一。
例如，温度变化、湿度变化等环境条件的改变都可能引起材料的热膨胀或收缩，从而导致裂纹的形成。
此外，化学腐蚀等环境因素也会加速裂纹的扩展。
Abaqus裂纹扩展分析
定义初始粘合裂纹面可能裂纹表面建模时采用采用主、从接触面来定义。
在接触形式中，除了有限滑动、面对面形式以外，其他所有接触形式均可使用。
预先定义的裂纹面在初始时应部分粘合，裂纹尖端因而可以被Abaqus/Standard显式识别。
初始粘合裂纹面不能采用自接触形式。
定义初始状态（initial condition）以识别裂纹初始绑定部分。
用户可以定义从接触面（slave surface）、主接触面（master surface）、以及用来识别从接触面初始部分粘结的节点。
从接触面上没有粘结的部分表现为正常接触面。
主接触面及从接触面均需要指明。
如果没有节点如上所述被定义，初始接触状态将被应用于整个接触对。
这种情况下，不能识别出裂纹尖端，因而粘结面不能分开。
如果节点如上所述被定义，初始解除状态将被应用于从接触面上已定义的节点处。
Abaqus/Standard将进行核对以确保所定义节点只包含从接触面上的节点。
*INITIAL CONDITIONS, TYPE=CONTACT激活裂纹扩展能力（crack propagation capacibility）裂纹扩展能力需要在STEP定义中被激活，以确保初始部分粘合的2个面有可能产生裂纹扩展。
用户需要指明会产生裂纹扩展的面。
*DEBOND, SLA VE=slave_surface_name，MASTER=master_surface_name多裂纹扩展裂纹可以在一个或多个裂纹尖端处产生扩展。
一个接触对可以在多个裂纹尖端处产生裂纹扩展。
然而，对于给定的接触对只能拥有一个裂纹扩展准则（crack propagation criterion）。
定义开裂振幅曲线（debonding amplitude curve）开裂产生后，通过从接触面节点及主接触面相应节点上大小相等方向相反的力产生面间牵引。
当采用临界应力准则、临界裂纹开口位移准则、裂纹长度-时间破坏准则时，用户可以定义粘结面上某点产生开始时，上述力以何种方式降至零。
高速铁路钢轨的开裂与裂纹扩展机理分析
高速铁路钢轨的开裂与裂纹扩展机理分析摘要：高速铁路的安全性和运营效率对铁轨的质量和可靠性有着严格的要求。
然而，由于高速列车的高速运行以及复杂的动力环境，钢轨会面临一系列的损伤和开裂问题。
本文将针对高速铁路钢轨的开裂问题进行综合分析，并重点讨论裂纹的扩展机理，以期推动铁路行业的技术进步和安全性提升。
1. 引言随着高速铁路交通的快速发展，高速铁路钢轨的质量和可靠性成为保障其安全运营的重要因素。
然而，由于复杂的动力环境和长时间高速运行，钢轨在使用过程中容易发生开裂和损伤，严重影响线路的安全性和运营效率。
因此，深入分析钢轨的开裂与裂纹扩展机理对于确保高速铁路的正常运营和安全性具有重要意义。
2. 钢轨开裂原因分析开裂是钢轨损伤的常见问题，引起开裂的原因有很多，主要包括以下几个方面：2.1 动载荷高速列车的高速运行会产生强大的动力载荷，这些载荷将直接作用于钢轨上。
当载荷超过钢轨的强度极限时，钢轨容易发生塑性变形和疲劳开裂。
2.2 热应力高速列车的运行会产生大量的热能，这些热能会导致钢轨温度升高，引起热应力的发生。
当热应力超过钢轨材料的承受能力时，也会导致钢轨开裂。
2.3 材料质量钢轨的质量直接影响其抗压强度和疲劳性能。
低质量的材料容易出现裂纹，并且裂纹的扩展速度更快。
2.4 安装和维护不当不合理的安装和维护方法会增加钢轨的开裂风险。
比如，错误的焊接和固定方式会增加钢轨的破裂风险。
3. 裂纹扩展机理分析裂纹的扩展是钢轨开裂过程中的关键环节，对其机理的深入研究可以提供有效的预防和维护建议。
3.1 疲劳裂纹扩展疲劳裂纹的扩展是高速铁路钢轨开裂的主要原因之一。
当钢轨长时间承受重复的动载荷时，会导致裂纹从微小缺陷处开始扩展，最终导致钢轨破裂。
研究发现，裂纹的扩展速率与应力幅值、裂纹尺寸和材料的抗裂性能有关。
3.2 应力腐蚀裂纹扩展高速铁路环境中存在各种化学物质和湿气，这些物质可能引起钢轨表面的腐蚀。
当表面腐蚀与内部应力相互作用时，会导致应力腐蚀裂纹的形成和扩展。
3D裂纹扩展分析技术及其在航空领域的应用
3D裂纹扩展分析技术及其在航空领域的应用现代CAE技术的发展极大地提高了航空领域复杂结构的设计的效率和技术水平。
针对适航性要求和复杂工况下飞机结构安全保障的迫切要求，损伤容限设计和耐久性设计已经需要我们在日常设计中贯彻和实施；对飞机结构进行高可靠度的3D裂纹扩展分析，显著提高飞机结构的数字化虚拟试验能力，拓展全机实验效用, 缩短型号研制周期；对在役飞机进行科学的寿命评估，定寿延寿和确定合理的检修周期等已经是我们面临的迫切问题。
本文系统地介绍了ZenCrack软件做为目前市面上唯一商用的3D裂纹扩展分析软件在上述研究方向的应用和实践效果。
1 航空领域损伤容限设计和耐久性设计现状和挑战航空工业是国家的技术前沿和骨干行业，其产品开发和制造技术水平，不仅是质量和效率的保障，更是国家实力和形象的象征。
同时，航空工业作为技术密集、知识密集的高技术产业，集材料、机械、发动机、空气动力、电子、超密集加工、特种工艺等各种前沿技术之大成。
当前，数字化技术已经成为全球航空工业产品开发和生产的最有力手段和企业的核心竞争能力。
以CAE/CAD/CAM为核心的虚拟化仿真设计制造技术是现代航空数字化产品研制以及航空工业信息化的基石，也是高技术竞争的具体体现。
其中，CAE对航空产品的技术贡献尤其关键，国外已有许多成熟的CAE软件可对各种产品进行设计和多种性能的虚拟仿真，如结构力学分析(FEA)、流体力学分析(FEA)、计算流体力学分析(CFD)和计算电磁学分析(CEM)等在航空产品设计中获得了广泛的应用。
其中，和损伤容限设计和耐久性设计相关的三维裂纹扩展分析，已经在国际航空发达国家逐步实施，并且已经成为了国际适航性条例要求。
然而，国内对飞机结构三维裂纹扩展分析还存在着很大的局限性，主要表现在以下几个方面：1)目前的结构损伤容限分析和寿命预测的CAE技术仍然基于几十年前发展起来的二维断裂理论和经验方法的框架;2)缺陷常发生在几何上处理困难的部位;3)对初始裂纹的尺寸、构型和位置的准确描述;4)裂纹在扩展的动态过程中的非平面扩展; 5)数值计算需要裂纹前缘的详细描述。
材料裂纹的产生及扩展的原因分析
材料疲劳裂纹的产生及影响裂纹扩展的因素摘要：文中通过对疲劳裂纹的研究，全面分析了疲劳裂纹的产生，交变应力，表面状态，载荷形式，化学成分，夹杂物等对疲劳产生的影响；分析了影响疲劳裂纹扩展的因素，载荷，腐蚀环境，热疲劳，温度对疲劳裂纹扩展的影响机理，论述了其影响效果，对进一步研究分析裂纹的产生，防止裂纹进一步扩展，提高材料的寿命有一定的帮助。
关键词：疲劳裂纹 ; 疲劳裂纹扩展Abstract: In this paper, through the study of fatigue crack, and making a comprehensive analysis of the fatigue crack produces, alternating stress, the surface, and the load form, chemical composition, inclusion has effect on the fatigue; Analyzing the effect of fatigue crack growth’s factors. and the load, corrosive environment, thermal fatigue, temperature have influence on the fatigue crack propagation, It is a great help to study further the fatigue, prevent crack further expanding, and improve the life of the materials .Keyword：fatigue crack ; fatigue crack growth1 引言机械零件在交变压力作用下，经过一段时间后，在局部高应力区形成微小裂纹，再由微小裂纹逐渐扩展以致断裂。
abaqus裂纹扩展分析 (1)
abaqus裂纹扩展分析最近在学习VCCT准则，发现有必要详细读一下手册中相关的部分 crack propagation analysis，就对这部分的内容翻译成了中文，对于学习裂纹扩展的新手来说这是非常有用的资料，希望对大家有用。
部分内容：定义初始粘合裂纹面可能裂纹表面建模时采用采用主、从接触面来定义。
在接触形式中，除了有限滑动、面对面形式以外，其他所有接触形式均可使用。
预先定义的裂纹面在初始时应部分粘合，裂纹尖端因而可以被Abaqus/Standard显式识别。
初始粘合裂纹面不能采用自接触形式。
,定义初始状态（initial condition）以识别裂纹初始绑定部分。
用户可以定义从接触面（slave surface）、主接触面（master surface）、以及用来识别从接触面初始部分粘结的节点。
从接触面上没有粘结的部分表现为正常接触面。
主接触面及从接触面均需要指明。
如果没有节点如上所述被定义，初始接触状态将被应用于整个接触对。
这种情况下，不能识别出裂纹尖端，因而粘结面不能分开。
如果节点如上所述被定义，初始解除状态将被应用于从接触面上已定义的节点处。
Abaqus/Standard将进行核对以确保所定义节点只包含从接触面上的节点。
*INITIAL CONDITIONS, TYPE=CONTACT激活裂纹扩展能力（crack propagation capacibility）裂纹扩展能力需要在STEP定义中被激活，以确保初始部分粘合的2个面有可能产生裂纹扩展。
用户需要指明会产生裂纹扩展的面。
*DEBOND, SLAVE=slave_surface_name，MASTER=master_surface_name'多裂纹扩展裂纹可以在一个或多个裂纹尖端处产生扩展。
一个接触对可以在多个裂纹尖端处产生裂纹扩展。
然而，对于给定的接触对只能拥有一个裂纹扩展准则（crack propagation criterion）。
短裂纹扩展规律及分析方法整理
一、材料疲劳裂纹扩展研究现状许多领域对于材料的疲劳性能有着特殊的要求，以航空、船舶及发动机材料为例，高温抗疲劳性能是关系到可靠性和寿命的一项非常重要的性能指标。
工程实践及理论研究表明，疲劳是导致材料、构件失效的重要因素之一。
据统计，机械零件破坏的50% ～90%为疲劳破坏，而材料约90% 的疲劳损伤寿命都是消耗在裂纹萌生及扩展阶段，因此建立一种既能应用于损伤容限分析，也能应用于耐久性分析的疲劳全寿命预测方法，必须了解其在短裂纹阶段的行为。
二、短裂纹的定义短裂纹的定义有两种其一，从力学角度，将不满足线弹性断裂力学( linear elasticfracture mechanics LEFM) 有效性条件的裂纹统称为短裂纹;其二，从物理学角度，短裂纹是指裂纹长度不超过应力、应变场范围，或者说与塑性区同一数量级的裂纹。
疲劳短裂纹行为具体地可划分为尺度与微观结构特征相当的微观组织短裂纹( microstructure shortcrack，MSC) 行为和脱离微观结构束缚的物理短裂纹( physical short crack，PSC) 行为。
主要涉及短裂纹萌生与扩展机理、寿命预测和短裂纹行为模拟三方面内容。
三、短裂纹萌生机理关于短裂纹的形成有三种解释：第一种解释认为，在疲劳过程中由于材料微观结构的非均匀性，会引起材料力学性能的持续硬化现象，对于微观屈服强度低的晶粒，其循环硬化速率高且饱和值大; 而对于微观屈服强度高的晶粒，其循环硬化速率低、饱和值小。
当某一或某些表面晶粒由于循环硬化而使塑性耗尽时，该晶粒开裂而产生短裂纹。
第二种观点认为，疲劳过程首先由滑移开始。
金相观察发现，在一定循环载荷下，滑移带在较大铁素体晶粒内出现，且载荷越大，有滑移带形成的铁素体晶粒越多，同时个别滑移带逐渐加深或变宽，之后在缺口正表面形成一条或几条在高放大倍数显微镜下看到的细小疲劳裂纹。
第三种说法是，疲劳损伤起因于沿晶短裂纹，高温可以促进晶界滑动，晶界滑移聚集又会促进晶界孔洞的集结和局部扩散的发生，而局部扩散又会促进孔洞成长，因此高温下易于形成沿晶裂纹。
疲劳与断裂力学 第8章 疲劳裂纹扩展
da + a 2 da + a L da )/ =( (a ) a 1 (a ) a 2 (a ) a0
a1
a (a) =1
0
a L da
此即Miner理论。若不计加载次序影响，Miner理论也可 用于裂纹扩展阶段。 若a0=0.5, aL=30mm， 每年载荷谱如表。 先 算 各 Si 下 的 裂 纹 扩 展 寿 命 Ni ， 再 算 ni/Ni。
应力强度因子：
中心裂纹宽板 f=1； 单边裂纹宽板 f=1.12
K f a
临界裂纹尺寸aC：有线弹性断裂判据：
K max f max aC K C
疲劳裂纹扩展公式： 得到裂纹扩展方程：
或
aC
1
(
KC f max
)2
da (K , R) ( f , , a, R,) dN
max
2、检查期间的循环次数: N=0.1×3600×1000=3.6×105 次
3、尺寸ai的裂纹, 在下一检查期内不应扩展至ac。 本题 m=4, 由裂纹扩展方程有：
NC
1
m
C ( f ) (0.5m - 1) a
[
1
0.5 m -1 0
a
1
0 .5 m -1 C
]
注意 =max-min=180Mpa，
Si(MPa) ni(103) Ni(103) ni/Ni
150 200 250 300 30 20 10 5 426.6 180.0 92.1 53.3 0.0703 0.1111 0.1086 0.0938
设寿命为年，则有： n/N=1， =1/n/N=2.6年
例2 中心裂纹宽板，作用应力max=200MPa, min=20MPa。Kc=104MPa, 工作频率0.1Hz。 为保证安全，每1000小时进行一次无损检验。 试确定检查时所能允许的最大裂纹尺寸ai。 [ da/dN=4×10-14(K)4 m/c] 解：1、计算临界裂纹尺寸ac： 对于中心裂纹宽板 f=1.0, 有： 1 Kc 2 ( ) =0.086 m ac=
基于abaqus的裂缝扩展过程
基于Abaqus的裂缝扩展过程引言裂缝扩展是材料破坏过程中的重要现象之一，对于材料强度和耐久性的评估具有重要意义。
Abaqus是一种常用的计算机辅助工程（CAE）软件，在材料力学领域有广泛的应用。
本文将介绍如何利用Abaqus来模拟和分析裂缝扩展过程。
背景知识在开始介绍基于Abaqus的裂缝扩展过程之前，我们先了解一些相关的背景知识。
裂缝扩展裂缝扩展是材料破坏中的一个重要过程。
当裂纹的长度增长时，材料的强度和韧性会逐渐减小，从而导致材料的破坏。
裂纹扩展可以分为静态和疲劳两种类型。
静态裂纹扩展指的是裂纹在应力作用下逐渐扩展，而疲劳裂纹扩展指的是裂纹在循环加载下逐渐扩展。
AbaqusAbaqus是一种常用的有限元分析软件，可以用于模拟和分析材料力学和结构力学问题。
它提供了丰富的建模和分析工具，能够对复杂的力学系统进行准确的数值模拟和分析。
在材料力学领域，Abaqus被广泛用于研究材料的力学性能和变形行为。
模拟裂缝扩展过程的步骤步骤1：建立几何模型在模拟裂缝扩展过程之前，首先需要建立几何模型。
可以通过Abaqus提供的几何建模工具来创建几何模型，或者导入现有的CAD模型。
在建立几何模型时，需要注意将裂纹的几何形状和位置准确地反映在模型中。
步骤2：定义材料属性在进行裂纹扩展模拟之前，需要定义材料的力学性质。
可以通过Abaqus提供的材料数据库来选择合适的材料模型，并设置材料的弹性模量、泊松比、屈服强度等参数。
此外，还可以考虑将材料的损伤和断裂行为纳入模拟中，以更加真实地描述裂纹扩展过程。
步骤3：划分网格将几何模型划分为有限元网格是进行数值模拟的关键步骤。
网格的划分需要根据材料的几何形状和裂纹的位置进行调整，使得在裂纹周围有足够的节点密度，以捕捉裂纹扩展过程中的细节。
步骤4：应用边界条件在模拟裂纹扩展过程时，需要定义边界条件以模拟实际加载条件。
根据实际情况，可以设置裂纹面上的固定位移或施加加载。
此外，还需要定义时间步长和加载速率等参数，以控制模拟的过程和求解的精度。
玻璃自然裂纹分析报告
玻璃自然裂纹分析报告1. 引言玻璃是一种常见的材料，被广泛应用于建筑、汽车、家居等领域。
然而，玻璃在使用过程中可能出现自然裂纹，这可能会影响其强度和使用寿命。
为了有效地分析和评估玻璃自然裂纹的情况，本报告将介绍一种分析方法。
2. 数据收集在进行玻璃自然裂纹分析之前，我们首先需要收集相关的数据。
可以通过以下步骤进行数据收集：1.检视玻璃表面：使用肉眼检视玻璃表面，寻找可能存在的裂纹。
记录裂纹的位置、形状和长度等信息。
2.摄影或录像：使用相机或摄像机记录玻璃表面的裂纹情况。
确保照片或录像能够清晰地展示裂纹的细节。
3.采集样本：如果可能，可以选择一小块有裂纹的玻璃样本进行实验室分析。
将样本放置在合适的位置，以便能够观察到裂纹。
3. 裂纹分析方法完成数据收集后，我们可以使用以下步骤进行玻璃自然裂纹的分析：1.分析裂纹形状：观察裂纹的形状，例如直线型、曲线型、分叉型等。
记录裂纹形状的特征，这有助于进一步了解裂纹的成因。
2.测量裂纹长度：使用合适的测量工具，测量裂纹的长度。
确保测量结果准确可靠，并记录下测量数值。
3.分析裂纹扩展：观察裂纹的扩展情况，即裂纹的起点、终点和扩展方向。
根据这些信息，可以推断裂纹扩展的原因和模式。
4.玻璃材料分析：如果有玻璃样本，可以将其送往实验室进行材料分析。
通过分析玻璃的成分和结构，可以了解玻璃自然裂纹的可能原因。
4. 结果与讨论在完成裂纹分析后，我们可以得出一些初步的结论并进行讨论：1.裂纹成因：根据裂纹的形状、扩展情况和玻璃材料分析结果，可以初步推断裂纹的成因。
可能的成因包括温度变化、机械应力、材料缺陷等。
2.裂纹影响：分析裂纹对玻璃强度和使用寿命的影响。
如果裂纹已经扩展到一定程度，可能会对玻璃的强度和完整性产生重大影响。
3.预防措施：根据分析结果，提出一些预防裂纹的建议。
例如，加强玻璃的制造工艺、避免过度的温度变化等。
5. 结论通过以上的分析步骤，我们可以对玻璃自然裂纹进行有效的分析和评估。
钢的裂纹扩展参数
钢的裂纹扩展参数钢的裂纹扩展参数指的是在钢材中发生裂纹并且裂纹不断扩展的过程中的一系列物理和力学参数。
这些参数对于工程领域的材料选择、设计和安全评估都具有重要的意义。
从微观层面来看，裂纹扩展的参数能够反映材料的断裂韧性、韧性指数和裂纹扩展速率等重要性质。
在对钢材的裂纹扩展参数进行研究的过程中，通常会关注以下几个方面：1. 极限拉伸强度和断裂韧性：钢材的极限拉伸强度是指在拉伸试验中材料发生突然断裂的最大应力值。
这个参数可以用来评估钢材的强度和抗拉性能。
而断裂韧性则是指在材料中引入缺陷（如裂纹）后，材料对其继续扩展所需的能量。
通过测定钢材的断裂韧性参数，可以评估材料对裂纹扩展的抵抗能力。
2. 裂纹扩展速率：钢材中裂纹扩展的速率能够直接反映材料的脆性和韧性。
通常使用裂纹扩展速率参数来描述材料在不同应力条件下裂纹扩展的情况，从而评估材料的稳定性和可靠性。
3. K值和J值：K值和J值是评价裂纹扩展能力的两个重要参数。
K值即应力强度因子，描述了裂纹尖端的应力场分布情况，对材料的裂纹扩展性能进行定量分析。
而J值则是裂纹扩展过程中塑性应变能的释放率，用以评估材料在裂纹扩展过程中的能量消耗情况。
4. 裂纹尖端位移和应变场：裂纹尖端位移和应变场也是影响裂纹扩展参数的重要因素，可以通过精密的测试和模拟来获取材料中裂纹扩展过程中的位移和应变场信息，为材料性能的评估提供重要数据。
在工程实践中，通过对钢材的裂纹扩展参数进行研究和评估，可以为设计合理的材料选用和结构设计提供依据。
也可以帮助预测材料在实际工作条件下的性能表现，为工程安全性评估提供支持。
围绕着钢材的裂纹扩展参数进行的研究，可以不断完善材料力学性能的理论基础，推动材料科学和工程技术的发展。
ct裂纹扩展标准
CT裂纹扩展试验是断裂力学领域中的一种试验方法，主要应用于研究材料在复杂应力条件下的疲劳裂纹扩展特性。
关于CT裂纹扩展试验的标准，主要涉及以下几个方面：
1. 试样标准：CT试验通常采用紧凑拉伸试样，试样尺寸、形状以及初始裂纹长度等参数应符合相关标准的规定。
常见的CT试样形状有直通型（CT）和三点弯曲（SENB）等。
2. 试验设备标准：进行CT裂纹扩展试验需要使用电液伺服疲劳试验机、COD引伸计、同轴度调整装置、试验工装等设备。
这些设备应满足相关标准中对性能、精度、安全等方面的要求。
3. 试验方法标准：CT裂纹扩展试验的具体操作方法、加载方式、试验环境等应遵循相关标准的规定。
例如，试验过程中应控制载荷、加载频率、温度等参数，以保证试验的有效性和可靠性。
4. 结果处理与分析标准：试验结束后，应对试验数据进行处理和分析，如计算应力强度因子、形状因子、裂纹长度等参数。
这些分析应遵循相关标准中的计算方法和公式，以确保结果的正确性和可靠性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6
工况1 • 施加裂纹面载荷
– 在形成的裂纹面上施加压强载荷，与施加在圆孔壁上的载荷相同， 大小为50MPa，用来模拟水压对裂纹面的撑开作用，如下图所示。
79
工况3
80
工况3
81
工况3
82
工况3
83
工况3
84
工况3
85
工况3
86
工况3
87
工况3
88
工况3
89
工况3
90
工况3
91
工况4
X:10 Y:20 Hole:50 0,90,135 degree
92
93
94
95
工况4
96
工况4
97
工况4
98
99
100
101
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
35
36
工况3
37
工况3
38
工况3
39
工况3
40
工况3
41
工况3
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
工况3
164
165
166
167
168
169
170
工况5
171
工况5
172
Thank You
173
• 载荷：将位于X、Y轴正向的三个面分别施加20MPa、
10MPa正压强载荷，在开孔的孔壁及底面上施加50MPa的 正压强载荷。
23
24
25
26
工况2
27
工况228ຫໍສະໝຸດ 工况229工况2
30
工况2
31
工况2
32
工况2
33
工况2
34
工况3
X:10 Y:20 Hole:10,20,30,40,50 0 degree
7
8
9
10
11
12
13
工况1
14
工况1
15
工况1
16
工况1
17
工况1
18
工况1
19
工况1
20
工况1
21
工况2
X:20 Y:10 Hole:50 30 degree
22
工况2 • 约束：在X轴负向的面上施加X向约束，在Y轴负向的面上施
加Y向约束，在Z轴负向的面上施加Z向约束。
3
工况1 • 约束：在X轴负向的面上施加X向约束，在Y轴负向的面上施
加Y向约束，在Z轴负向的面上施加Z向约束，如下图左侧所 示。
4
工况1 • 载荷：将位于X、Y轴正向的三个面分别施加10MPa、
20MPa正压强载荷，在开孔的孔壁及底面上施加50MPa的 正压强载荷，如下图右侧所示。
5
工况1 • 引入初始裂纹
裂纹扩展分析算例
中国矿业大学(北京) Friday, May 31, 2013
模型信息 • 模型的总体尺寸为100*100*100（单位：mm） • 在Z轴正向的面上中心位置开有一个半径为4.2mm，深度为
50mm的圆孔，如下图所示
• 材料弹性模量40000MPa，泊松比0.25
2
工况1
X:10 Y:20 Hole:50 30 degree
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
工况4
125
工况5
X:10 Y:20 Hole:50 Max Principle Stress (bottom)