abaqus 模拟裂纹技术总结

结论
由于热障涂层的裂纹大部分是脆 性裂纹，研究中能量释放率是一个重 要的参考指标，同时考虑操作过程难 易情况，因此选择abaqus中的debond技 术来模拟CMAS对热障涂层中裂纹的 扩展的影响。
下一步计划
用abaqus建立覆盖有CMAS的热障涂层物 理模型 将物理模型转化为数值模型 实现模型中裂纹的扩展
基于abaqus模拟热障涂层裂纹的 技术与方法
时
间：2012年11月27日
提纲
• • • • 背景及目的 abaqus简介 abaqus中四种模拟裂纹技术的简介及实例 下一步计划
背景及目的
• 研究方向：CMAS对热 障涂层失效的影响。 • CMAS主要是影响热障 涂层应力和温度分布， 从而影响热障涂层脱落 速度。 • 热障涂层脱落主要是由 热障涂层中的裂纹状况 决定。 • 有限元是将实际情况和 理论联系起来最有效的 工具之一。
开裂后：
特点: • • • • • 参数设置复杂 需预置裂纹 裂纹可沿任意路径扩展 可模拟韧性或脆性裂纹 裂纹扩展距离有限
4. XFEM
在abaqus中的操作步骤：
设置断裂 准则和预 值裂纹
模拟裂纹 开裂和扩 展
实例：
结果：
开裂前：
开裂后：
特点: • 不一定要设置预置裂纹 • 裂纹可沿任意路径扩展 • 不能输出裂纹扩展过程中的能量释放率
理论
技术方法 debond
应用类型
LEFM cohesive element
脆性断裂
Damage
collapse element
韧性断裂
XFEM
理 论 模 型
1.线弹性断裂力学 （LEFM） 2.基于牵引分离规则的损伤力学 （damage base traction-separation laws）
开裂前：
源自文库开裂后：
特点: • • • • 适合模拟脆性或韧性裂纹 能输出裂纹扩展时的能量释放率 不一定要设置预置裂纹 只能沿预定裂纹扩展路径扩展
3. Collapes element
在abaqus中的操作步骤：
设置预制 裂纹的扩 展方向， 裂纹尖端 的奇异性 参数
实现 裂纹 扩展 模拟
实例：
开裂前：
目的：通过对各种软件和技术的分析和实验找出适合于模 拟热障涂层裂纹的软件和技术
Chen X. Surface & Coatings Technology, 2006, 200: 3418-3427.
abaqus简介
• abaqus能提供从热障涂层建模到有限元计 算这整个过程所需的软件支持 • abaqus最擅长于动态非线性分析 • abaqus操作简单，使用方便
1.debond 2.cohesive element 3.collapes element 4.XFEM
abaqus 技术
1. debond
在abaqus中的操作步骤：
在分析步 之前设置 initial condition
在分析步 中设置 debond的 条件
实现 裂纹 扩展 模拟
实例：
结果：
开裂前：
开裂后：
特点: • 需预置裂纹和裂纹扩展路径 • 只适合于模拟脆性裂纹 • 能输出裂纹扩展时的能量释放率
2. Cohesive element
在abaqus中的操作步骤：
建立一个 连接两个 部件的part
给part设定 cohesive属 性断裂准则 和厚度
实现 裂纹 模拟
实例：
结果：