补充材料一 断裂力学ansys方法
ansys的断裂参数的计算
ANSYS的断裂参数的计算1 引言断裂事故在重型机械中是比较常见的。
一方面，由于传统的设计是以完整构件的静强度和疲劳强度为依据，并给以较大的安全系数，但是含裂纹在役设备还是常有断裂事故发生。
另一方面，对于一些关键设备，缺乏对不完整构件剩余强度的估算，让其提前退役，从而造成了不必要的浪费。
因此，有必要对含裂纹构件的断裂参量进行评定，如应力强度因了和J积分。
确定应力强度因了的方法较多，典型的有解析法、边界配位法、有限单元法等。
对于工程上常见的受复杂载荷并包含不规则裂纹的构件，数值模拟分析是解决这些复杂问题的最有效方法。
本文以某一锻件中取出的一维断裂试样为计算模型，介绍了利用有限元软件ANSYS计算应力强度因子。
2 断裂参量数值模拟的理论基础对于线弹性材料裂纹尖端的应力场和应变场可以表述为：(1)其中K是应力强度因子，r和θ是极坐标参量，可参见图1，(1)式可以应用到三个断裂模型的任意一种。
图1 裂纹尖端的极坐标系(2)应力强度因子和能量释放率的关系：G=K/E" (3)其中：G为能量释放率。
平面应变：E"=E/(1-v2)平面应力：E=E"3 求解断裂力学问题断裂分析包括应力分析和计算断裂力学的参数。
应力分析是标准的ANSYS线弹性或非线性弹性问题分析。
因为在裂纹尖端存在高的应力梯度，所以包含裂纹的有限元模型要特别注意存在裂纹的区域。
如图2所示，图中给出了二维和三维裂纹的术语和表示方法。
图2 二维和三维裂纹的结构示意图3.1 裂纹尖端区域的建模裂纹尖端的应力和变形场通常具有很高的梯度值。
场值得精确度取决于材料，几何和其他因素。
为了捕获到迅速变化的应力和变形场，在裂纹尖端区域需要网格细化。
对于线弹性问题，裂纹尖端附近的位移场与成正比，其中r是到裂纹尖端的距离。
在裂纹尖端应力和应变是奇异的，并且随1/变化而变化。
为了产生裂纹尖端应力和应变的奇异性，裂纹尖端的划分网格应该具有以下特征：·裂纹面一定要是一致的。
ANSYSworkbench裂纹分析
基于ANSYS Workbench的表面裂纹计算By Yan Fei本教程使用ANSYS Workbench17.0 进行试件表面裂纹的分析，求应力强度因子。
需要提前说明的是，本案例没有工程背景，仅为说明裂纹相的计算方法，因此参数取值比较随意，大量设置都采用了默认值。
1.背景知识传统的强度设计思想把材料视为无缺陷的均匀连续体，而实际工程构件中存在多种缺陷，断裂力学是从20实际50年代末期发展起来的一门弥补了传统强度设计思想严重不足的新的学科，是专门研究含缺陷或裂纹的物体在外界条件作用下构件的强度、裂纹扩展趋势以及疲劳寿命的科学。
断裂力学是从构件内部具有初始缺陷这一实际情况出发，研究在外部荷载下的裂纹扩展规律，从而提出带裂纹构件的安全设计准则。
a 张开型裂纹b 滑开型裂纹c 撕开型裂纹图 1 裂纹的分类使用弹性力学方法可以求得，在裂纹尖端处的应力的解析解为无穷大，此时应力值已经失去意义，一般采用应力强度因子作为判断结构是否安全的指标。
目前的断裂力学研究主要集中在I型裂纹的开裂，数值计算工具也多集中在I型裂纹的计算上，因此以I型裂纹为例。
图2 裂纹尖端坐标系含有裂纹的无限大平板的I 型裂纹尖端附近的应力为：)(23cos 2sin 223sin 2sin 12cos223sin 2sin 12cos20ⅠⅠⅠr O r K r K r K xyy x +=+=-=其中，K Ⅰ叫Ⅰ型裂纹的应力强度因子。
2.ANSYS Workbench 裂纹分析2.1.分析模型的建立1 建立一个静力分析步，材料使用默认，需要说明的是，现有计算技术下，断裂力学计算一般都采用线弹性材料，考虑到断裂中塑性区一般都不大，线弹性的假设还是可以接受的。
图3 分析步设置2 建立几何模型，本案例使用spaceclaim 建立几何模型。
图4 试件平面图图5 试件立体图3 分网格，必须采用四面体网格。
本文划分单元特征尺寸1mm。
图 6 网格设置图7 分网效果4 划分网格完成以后，首先进行一次静力计算，确保所有设置正确，对ANSYS Workbench比较熟悉的同学可以省略这一步，静力计算时，试件的两个端面一个约束位移，另一个加1000N的力，方向沿试件轴向，使试件受拉。
ansys 5A05材料力学性能设置
ansys 5A05材料力学性能设置金属材料的力学性能指标分类：机械工程材料的常用性能：使用性能（力学、物理、化学）和工艺性能（加工、铸造、焊接）一、材料变形的过程三个阶段：弹性变形、弹塑性变形、断裂。
二、刚度定义：工程上，指构件或零件在受力时抵抗弹性变形的能力。
计算：等于材料弹性模量E与零构件截面积A的乘积。
弹性模量E：材料在弹性变形范围内，应力与应变成正比，其比值为弹性模量E=σ、ε（MPa）。
它表示的是材料抵抗弹性变形的能力，反映了材料发生弹性变形的难易程度。
二、强度、塑性、硬度，材料在静载荷下的性能指标1．强度定义：在外力作用下，材料抵抗变形或断裂的能力。
物理意义：材料在每个变形阶段的应力极限值。
（1）弹性极限σe材料在外力作用下发生纯弹性变形的最大应力值为弹性极限σe，即A点对应的应力值，表征材料发生微量塑性变形的抗力。
（2）屈服强度σ试样发生屈服现象时的应力值，屈服点S的应力值称为屈服强度σS，表征材料开始发生明显的塑性变形。
没有明显的屈服现象发生的材料，用试样标距长度产生0。
2%塑性变形时的应力值作为该材料的屈服强度，用σ0。
2表示，称为条件屈服强度。
意义同σS。
（3）抗拉强度σb材料在拉伸载荷作用下所能承受的最大应力值σb称为抗拉强度或强度极限，表征材料的断裂抗力。
强度是零件设计和选材的主要依据。
2．塑性定义：材料在外力作用下，产生塑性变形而不破断的能力称为塑性。
指标：工程上常用延伸率δ和断面收缩率ψ作为材料的塑性指标。
材料的δ和ψ值越大，塑性越好。
3．硬度定义：指材料表面抵抗局部塑性变形的能力，是表征材料软硬程度的一种性能。
通常材料的强度越高，硬度也越高，耐磨性也越好。
硬度指标：与试验方法有关。
生产上，常用静载压入法，常用方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
布氏硬度HBS：淬火钢球压头，压痕大，不能测太硬度的材料，适用于测量退火和正火钢、铸铁、有色金属等材料的硬度。
洛氏硬度HRC：锥角为120°的金刚石圆锥体压头，适用于调质钢、淬火钢、渗碳钢等硬度的测量。
solidworks连接ansysworkbench受力分析步骤,包括材料参数修改
solidworks连接ansysworkbench受力分析步骤,包括材料
参数修改
以笔者的某个零件为例，连接ansys
连接ansys workbench
以静态力分析为例，点击static structural，单击并拖到右边的geometry一栏上面
接着就会变成这样
双击model
然后就自动生成这个界面了
接下来首先是修改材料
材料默认都是结构钢，点击structural Steel来修改，
点击小三角形选择new material然后进入这个界面
点击图中位置
右键可以去库里面找左键的话就新增自己的材料。
假如说我添加铜Cu，
双击框中这两个，修改密度和杨氏模量。
然后
这时候就能在这里
点击小三角，找到铜了。
第二步是划分网格，我一般都是自动划分的
右击generate mesh
第三步是添加力和不动点，第四步添加形变位移显示
上一页下一页。
补充材料一断裂力学ansys方法
的缩放因子Δa， 一般应取裂纹长度的0.5%～2%。
September 30, 2003
Structural Nonlinearities
September 30, 2003
Structural Nonlinearities
• 沿X轴的正方向移动DX距离[PCALC,ADD,XG,XG,,,,DX](即从原 点处移动DX/2距离） ，将UX和UY映射到路径上，取名UX2, UY2.
• 把路径移回原点（距离-DX/2)，然后采用PCALC计算（UX2-
September 30, 2003
Structural Nonlinearities
3D-断裂模型
三维模型推荐使用的单元类型为SOLID95，20节点块单元。围绕裂 纹前缘的第一行单元应该是奇异单元，单元的KLPO面退化成KO线。 产生三维断裂模型要比二维模型复杂，命令KSCON不能用于三维模型 ，必须要保证裂纹前缘沿着单元的KO边。
计算 ux 和 uy x y
计算第二项积分
Structural Nonlinearities
求和计算J积分
二维模型计算J积分的步骤
• 1.读入所要的结果 • 命令SET • GUI:Main Menu>General Postproc>Last Set
• 2.存储每个单元的应变能和体积
• 命令：ETABLE
1
和应变是奇异的，随r 2变化。为选取应变的奇异点，相应的裂
Ansys 断裂力学理论
第四章断裂力学文献来源：/document/200707/article796_2.htm4.1 断裂力学的定义在许多结构和零部件中存在的裂纹和缺陷，有时会导致灾难性的后果。
断裂力学在工程领域的应用就是要解决裂纹和缺陷的扩展问题。
断裂力学是研究载荷作用下结构中的裂纹是怎样扩展的，并对有关的裂纹扩展和断裂失效用实验的结果进行预测。
它是通过计算裂纹区域和破坏结构的断裂参数来预测的，如应力强度因子，它能估算裂纹扩展速率。
一般情况下，裂纹的扩展是随着作用在构件上的循环载荷次数而增加的。
如飞机机舱中的裂纹扩展，它与机舱加压及减压有关。
此外，环境条件，如温度、或大范围的辐射都能影响材料的断裂特性。
典型的断裂参数有：与三种基本断裂模型相关的应力强度因子(K I,K II,K III)(见图4-1)；J积分，它定义为与积分路径无关的线积分，用于度量裂纹尖端附近奇异应力与应变的强度；能量释放率(G)，它反映裂纹张开或闭合时功的大小；注意--在本节大部分的图形中裂纹的宽度被放大了许多倍。
图4-1 裂缝的三种基本模型4.2 断裂力学的求解求解断裂力学问题的步骤为：先进行线弹性分析或弹塑性静力分析，然后用特殊的后处理命令、或宏命令计算所需的断裂参数。
本章我们集中讨论下列两个主要的处理过程。
裂纹区域的模拟；计算断裂参数。
4.2.1 裂纹区域的模拟在断裂模型中最重要的区域，是围绕裂纹边缘的部位。
裂纹的边缘，在2D模型中称为裂纹尖端，在3D模型中称为裂纹前缘。
如图4-2所示。
图4-2 裂纹尖端和裂纹前缘在线弹性问题中，在裂纹尖端附近(或裂纹前缘)某点的位移随而变化，γ是裂纹尖端到该点的距离，裂纹尖端处的应力与应变是奇异的，随1/变化。
为选取应变奇异点，相应的裂纹面需与它一致，围绕裂纹顶点的有限元单元应该是二次奇异单元，其中节点放到1/4边处。
图4-3表示2-D和3-D模型的奇异单元。
图4-3 2-D和3-D模型的奇异单元4.2.1.1 2-D断裂模型对2D断裂模型推荐采用PLANE2单元，其为六节点三角形单元。
ANSYS裂缝处理
裂缝处理的主要方式
裂缝的发生机理及其裂缝理论可参考各种教材和书籍，这里不予赘述。
而这里所言是钢筋混凝土有限元分析中裂缝的数学模型，由于裂缝的处理比较困难，因此其处理方式也很多，可谓百花怒放。
但主要且常用的有三种方法：离散裂缝模型(discrete cracking model)、分布裂缝模型(smeared cracking model)、断裂力学模型。
①离散裂缝模型：也称单元边界的单独裂缝模型，即将裂缝处理为单元边界，一旦混凝土开裂，就增加新的结点，重新划分单元，使裂缝处于单元和单元边界之间。
该法可以模拟和描述裂缝的发生和发展，甚至裂缝宽度也可确定。
但因几何模型的调整、计算量大等，其应用受到限制。
不过也因计算速度和网格自动划分的实现，该模型有可能东山再起。
②分布裂缝模型：也称单元内部的分布裂缝模型，以分布裂缝来代替单独的裂缝，即在出现裂缝以后，仍假定材料是连续的，仍然可用处理连续体介质力学的方法来处理。
即某单元积分点的应力超过了开裂应力，则认为整个积分点区域开裂，并且认为是在垂直于引起开裂的拉应力方向形成了无数平行的裂缝，而不是一条裂缝。
由于不必增加节点和重新划分单元，很容易由计算自动进行处理，因而得到广泛的应用。
③断裂力学或其它模型：断裂力学在混凝土结构分析领域的研究十分活跃，但主要都集中于单个裂缝的应力应变场的分布问题，对于多个裂缝及其各个裂缝之间的相互影响问题，研究工作目前尚不成熟，到能够应用于实际路程还很遥远。
ANSYS采用分布裂缝模型。
在ANSYS中计算裂缝应力强度因子的技巧
在ANSYS中计算裂缝应力强度因子的技巧在ANSYS中计算裂缝应力强度因子的技巧裂缝应力强度因子用ANSYS中怎么求呀。
另外，建模时，裂纹应该怎么处理呀，难道只有画出一条线吗？首先说一下裂纹怎么画，其实裂纹很简单啊。
只要画出裂纹的上下表面（线）就可以了，即使是两个面（线）重合也一定要是两个面（线）；如果考虑道对称模型就更好办了，裂纹尖点左面用一个面（线），右边用另外一个面（线），加上对称边界约束。
再说一下裂尖点附近网格的划分。
ansys提供了一个kscon的命令，主要是使得crack tip的第一层单元变成奇异单元，用来模拟断裂奇异性(singularity)。
当然这个步骤不是必须的，有的人说起用ansys算强度因子的时候就一定要用奇异单元，其实是误区（原因下面解释）好了，回到强度因子的计算。
其实只要学过一些断裂力学都知道，K的求法很多。
就拿Mode I的KI来说吧，Ansys自己提供了一个办法（displacement extrapolation），中文可能翻译作“位移外推”法，其实就是根据解析解的位移公式来对计算数据进行fitting的。
分3步走，如果你已经算完了：第一步，先定义一个crack-tip的局部坐标系，这是ansys帮助文件中说的，其实如果你的裂纹尖端就是整体坐标原点的话，而且你的x-axis就顺着裂纹，就没有什么必要了。
第二步，定义一个始于crack-tip的path,什么什么？path怎么定义？？看看帮助吧，在索引里面查找fracture mechanics，找到怎么计算断裂强度因子。
（my god,我这3步全是在copy 帮助中的东东啊）。
第三步，Nodal Calcs>Stress Int Factr ，别忘了，这是在后处理postproc中啊。
办法是好，可是对于裂纹尖端的单元网格依赖性很大，所以用kscon制造尖端奇异单元很重要。
curtain的经验是path路径取的越靠近cracktip得到的强度因子就越大，所以单元最好是越fine越好啊。
基于ANSYS／LS-DYNA的花岗岩加工微观断裂仿真分析
对于花 岗岩这样 的硬脆材料 ，在很小的载荷作用
岩铣 削 ，考虑 一个承受法 向点力Ｐ 作用 的线性 弹性半 下 ，仍会产生一定的塑性变形 ，当载荷增加到一个临 空 间 ，这一受力构型对应于 图１ 所示 ，为避免应力 的 界值Ｐ 时 ，材料将 由塑性变形 向脆性破坏转变 ，在材 奇异性 ，接触将发生于一个具有特征线尺寸 口的非零 料 内部和表面产生脆性裂 。Ｐ 值与材料硬度和断裂
将 直接 决 定 计算 结 果 的精 度 ；有 限元模 型 的形 式将 对
Ｘ
计算 过 程 产 生 很 大 的影 响 ，合 理 的模 型 既能 保 证计 算
． １ ． ３接 触设 置 结构 的精 度 ，又 不致 使 计算 量 太 大 和对 计算 机存 储 容 ３
研 究 裂 纹 的形 成 以致 断裂 ，从 而形 成 切 削 的过 程 ｕ 】 。
的锥形压头 ，得到弹塑性接触 的接触应力为
Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ／ Ｌ Ｓ — Ｄ Ｙ Ｎ Ａ 是开展数值 实验 以及仿真分析 的强
有力工具之一【 ２ 】 ，在 相 关 的工 业 领 域 中得 到 广 泛 的应
中 位 裂 纹
Ｉ Ｓ—
网２花 岗岩 加 ｌ 过 程 中 形 成 的 微 观 裂 纹 爪 意
３微 观断 裂仿 真分 析
３ ． １仿 真模 型 建直 建 有 限元 模 是 整个 有 限 分 析 过程 的关 键 。有
限元 模 开 Ｊ ｌ 为计算 提 供 原 始 数据 ，这 些输 入 数 据 的 误差
《 石材 》 至 Ｚ 垒 ３ 期 ・２ １・
加工技 术
韧性 的关 系为
＝ （ ， （ ２）
ＨＯ Ｉ Ｍ Ｇ ＵＩ Ｓ Ｔ
—
断裂力学-ansys
Create)用于指定关键点周围的单元大小，它特别适用于断裂模型。本命令自动围绕指定的关键点产 生奇异单元。命令的其他选项可以控制第一行单元的半径，以及控制周围的单元数目等，图4-5 显 示用 KSCON 命令产生的断裂模型。
图4-5 断裂样本和2D有限元模型 建立2-D模型的其他建议：
尽可能利用对称条件。在许多情况下根据对称或反对称边界条件，只需要模拟裂纹区的一 半，如下所示：
图4-6 利用对称性 为获得理想的计算结果，围绕裂纹尖端的第一行单元，其半径应该是八分之一裂纹长或更 小。沿裂纹周向每一单元最好有30-40角度。 裂纹尖端的单元不能有扭曲，最好是等腰三角形。 4.2.1.2 3-D线弹性断裂问题 三维模型推荐使用的单元类型为 20 节点块体元 SOLID186，如图4-4b所示。围绕裂纹前缘的第 一行单元应该是奇异单元。这种单元是楔形的，单元的KLPO 面退化成 KO 线。 产生三维断裂模型要比二维模型复杂，KSCON 命令不能用于三维模型，必须保证裂纹前缘沿着 单元的 KO 边。 建立三维断裂模型的建议如下： 推荐的单元尺寸与二维模型一样。此外在所有的方向上，单元的相邻边之比不能超过 4：1。 在弯曲裂纹前缘上，单元的大小取决于局部曲率的数值。例如，沿圆环状弯曲裂纹前缘， 在 15-30°的角度内至少有一个单元。 所有单元的边(包括在裂纹前缘上的)都应该是直线。 4.2.2 计算断裂参数 ANSYS中可以计算如下断裂参数： J-积分 应力强度因子（KI, KII, KIII） J-积分的计算要在求解层执行而结果存储在后处理用的结果文件（.rst）中。执行J-积分运算时 ， 要使用CINT命令。应力强度因子的计算要使用后处理器中的KCAL命令。详细信息参见《Numerical Evaluation of Fracture Mechanics Parameters》。
ansys经典命令流资料 裂缝
发信人: wjc501 (阿昌), 信区: FEA标题: Re: wjc501请帮帮忙，有没有裂缝方面的ansys例题发信站: BBS 水木清华站 (Mon Jul 22 18:21:57 2002)供参考，不当之处请指正。
祝好运!(1) 如果你模拟结构体中裂缝扩展过程的模拟，在Ansys中可以用全解耦损伤分析方法来近似模拟裂缝扩展，我曾用Ansys软件中提供的可以定义10,000个材料参数和单元ekill/alive功能完成了层状路面体中表面裂缝和反射裂缝在变温作用下的扩展过程的模拟。
我模拟的过程相对来说比较简单，模拟过程中我们首先要知道裂缝的可能扩展方向，这样在裂缝可能扩展的带内进行网格加密处理，加密到什么程度依据计算的问题来确定。
(2) 如果采用断裂力学理论计算含裂缝结构体的应力强度因子，建模时只需在裂尖通过命令kscon生成奇异单元即可。
Ansys模块中存在的断裂力学模块可以计算I、II、III型应力强度因子(线弹性断裂力学)和J积分(弹塑性断裂力学)，在Ansys中verification里面有一个计算I型应力强度因子的例子vm143，参见该例子就可以了。
(3) 如果通过断裂力学模拟裂缝的扩展过程，需要采用动态网格划分，这方面我没有做，通过Ansys的宏命令流应该可以实现。
技术参考可参阅文献：杨庆生、杨卫.断裂过程的有限元模拟.计算力学学报，1997,14(4).(4) 我现在做动荷载作用下路面结构体中应力强度因子的分布规律，我是通过位移插值得到不同时间点处的应力强度因子。
如果想这样做，可参阅理论参考中关于应力强度因子计算说明。
【在 agz (agz) 的大作中提到: 】: 我在进行混凝土中裂缝模拟分析，急需这方面的例题，听说你在这方面是大希故而想请模: 谢谢啦。
--※来源:·BBS 水木清华站 ·[FROM: 210.32.156.200]发信人: agz (agz), 信区: FEA标题: Re: wjc501请帮帮忙，有没有裂缝方面的ansys例题发信站: BBS 水木清华站 (Mon Jul 22 21:01:07 2002)谢谢阿昌的热心指导，我的情况属于第二种，试了一个二维的问题，基本知道了一点儿关于裂缝分析的过程。
ANSYS积分法和节点位移法求解应力强度因子附命令流
K I = √2π K II = √2π 其中： G为剪切模量；
G ∆v 1 + κ √r G ∆u 1 + κ √r
κ为材料常数，对于平面应力问题，取
3−������ 1+������
；
∆u为裂纹面在某点处的水平相对位移； ∆v为裂纹面在某点处的垂直相对位移。
图 1-6
位移法图解
根据断裂力学对于三种裂纹的定义，当∆v>0 时，K I 为正，裂纹上下面相对 位移为顺时针为正，即顺时针时，∆u>0，K II 为正；反之为负。理论上，当取上 下裂纹面同一位置的点，当该点趋向于裂尖时，结果更精确，本算例取奇异单元 上 1/4 处的节点的位移进行计算，计算模型同上。 首先，先对有限元模型进行求解，然后进入到后处理层，求出在局部坐标系 系下，所处裂纹上下面的奇异单元上 1/4 处节点的水平及竖直位移 ux，uy，然后 求出裂纹面的相对位移∆u、∆v，最后代入上式即可。 计算结果如图 1-7 所示：KI=223.84Mpa*(mm)1/2，KII=217.63Mpa*(mm)1/2。 计算误差分别为：3.1%、0.25%。
FINISH /CLEAR /TITIE,INTERACTIVE INTEGRATION METHOD BY IDUTER-ANSYS /PREP7 /RGB,INDEX,100,100,100, 0 /RGB,INDEX, 80, 80, 80,13 /RGB,INDEX, 60, 60, 60,14 /RGB,INDEX, 0, 0, 0,15 /REPLOT !------------------!UNIFIED UNIT(N,MM) PI=ACOS(-1) *SET,H,80 *SET,W,50 *SET,A,0.12*W *SET,BETA,90-45 *SET,ALPH,(90-BETA)*PI/180 *SET,SIGMA,100 R1=1 R2=2 R3=3 !THE HEIGHT OF MODEL !THE WEIGHT OF MODEL !HALF LENGTH OF THE ANGLED CRACK !THE INCLINED ANGLE OF CRACK ! RADIAN SYSTEM !SIGMA !FIRST ROW OF ELEMENT RADIUS !THIRD ROW OF ELEMENT RADIUS !SIXTH ROW OF ELEMENT RADIUS
基于ANsYs Workbench拉杆的断裂原因分析和优化
基于ANsYs Workbench拉杆的断裂原因分析和优化翟少兵;任德均;凌志祥;李明飞;万维根【摘要】The article analyzes the chemical composition, crack and fracture characteristics of the pull rod fracture failure and uses ANSYS Workbench static analysis software to analyze the cause of the fracture. The results show that premature rupture is mainly caused by carbon oxides and other impurities existing in the carbon steel. The unreasonable design of the partil structure is also one of the pull rod fracture causes.%通过分析失效拉杆的化学成分、裂纹和断口特征,并结合ANSYS Workbench静力学分析其断裂的原因,分析结果表明拉杆过早断裂主要由碳钢中存在的氧化物等杂质及碳钢中未掺入影响碳钢强度及韧性的其他微量合金元素所引起.结构部分局部设计的不合理,加剧了拉杆的断裂失效.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2017(046)004【总页数】3页(P133-135)【关键词】拉杆;断裂失效;原因分析;化学成分;结构优化【作者】翟少兵;任德均;凌志祥;李明飞;万维根【作者单位】四川大学制造科学与工程学院,四川成都610065;四川大学制造科学与工程学院,四川成都610065;四川大学制造科学与工程学院,四川成都610065;成都泓睿科技有限公司,四川成都610041;成都泓睿科技有限公司,四川成都610041【正文语种】中文【中图分类】TH122若一杆件因受轴向力而沿着轴线方向产生压缩(或伸长)，这类杆件称为压杆(或拉杆)。
断裂参量在ANSYS中的计算分析
$! 结论
"# $ ! 通过以上的计算分析， 说明断裂参量在 %&’(’ 中的计算是可行的， 为复杂裂纹在复杂载荷下的断裂判 据的计算提供了有效的方法 "# % ! 宏观裂纹的倾角对于应力强度因子和 # 积分值都有一定程度的影响， 但是对应力强度因子的影响大一 点， 对于 # 积分的影响不太明显。 "# & ! 宏观裂纹的长度在构件的失稳破坏过程中起着主导作用， 对于应力强度因子和 # 积分的影响都比较显 著% "# " ! 应力强度因子和 # 积分是相关联的， 它们之间有着一定的内在关系。 参考文献：
$# 断裂参量数值计算的理论基础
56 5 # 应力强度因子数值计算的理论基础 在线弹性断裂力学中， 由于裂纹尖端的应力场的强弱程度主要由应力强度因子 " 这个参量来描述， 故 通过它可以建立 " 9 " #$ 的断裂准则， 来解决工程实际的断裂问题。 " 的大小与外载的性质、 裂纹及裂纹弹性体几何形状等因素有关的一个量， 写成通式是 " % & ! %（ ’ "， #）% & !， "， # 式中 ! 是与裂纹有关的几何形状因子， " 是裂纹承受的应力， # 是裂纹长度。 56 7 # ! 积分数值计算的理论基础 ! 积分是断裂力学中的一个重要概念， 其数值是一个与积分回路无关的常数， 即具有守恒性， 它也反映了 裂纹尖端的某种力学特性或应力应变场强度， 同时在分析中可能避开裂纹尖端这个难以直接严密分析的区 域。这里利用 ! 积分的定义来求解其值。
/0 1234 5 "64， 7%8 9:4; （ <:=3>?@:4? AB +:CD342C3E F4;24::>24; ， GD243 H42I:>J2?K AB +2424; 34L M:CD4AEA;K， N6ODA6 1234;J6 ..)PPQ ， GD243） <51 =.402： B>3C?6>: =3>3@:?:>J； J?>:JJ 24?:4J2?K B3C?A>； & 24?:;>3E； %&’(’ 8>2,4(*,： G3EC6E3?2A4 @:?DAL AB B>3C?6>: =3>3@:?:>J 24 %&’(’ 2J 24?>AL6C:LR MD: >:J6E?J JDAS ?D3? ?D: & 5 24?:;>3E 34L J?>:JJ 24?:4J2?K B3C?A> 3>: I3>23TE: S2?D ?D: C>3CU A>2:4?3?2A4 34L C>3CU E:4;?D >:J=:C?2I:EKR MD:J: =>AI2L: I3E2L @:?DAL BA> ?D: C3EC6E3?2A4 AB CA@=E:V C>3CUJ 64L:> CA@=E:V EA3LJR
断裂力学-ansys
第四章 断裂力学
4.1 断裂力学的定义
裂纹和缺陷会因为某些原因存在于许多结构和零部件中。可能是材料本身具有缺陷。裂纹可能 是制造过程产生的，也可能是后来由于环境因素产生的。裂纹和缺陷的存在能极大地降低构件在载 荷和环境作用中的完整性。
断裂力学使用应用力学的概念发展了对结构中存在裂纹尖端的应力与变形区的思路。对裂纹尖 端的应力与变形区深入的了解有助于发展结构的失效安全设计和安全寿命设计。基于断裂力学设计 的思想是广泛使用的，不是局限于核工业，航空航天，民用，和机械工程等领域。
PLANE182 PLANE183 SOLID185 PLANE186 PLANE187 J-积分计算支持如下材料属性： 线弹性 塑性 4.3.1.4 J-积分计算过程 ANSYS在求解器中通过子步计算J-积分，然后存储在结果文件中。 CINT命令用来计算J-积分，还用来设置运算所需要的不同的参数。 J-积分计算按如下步骤进行：
对于2-D 问题，在热应变不存在时，积分路径依赖于塑性应变、积分面上的体力和裂纹表面的 压力，域积分表示的J-积分公式为：
这里q是所谓的裂纹扩展矢量。q的方向是在裂纹尖端的局部坐标系的x轴 。q矢量在Γ曲线上为零 ， 并且在Γ曲线内部除中间节点（如果有，它们直接连接在Γ曲线上）的所有节点为单位矢量。ANSYS 引用这些节点单位矢量q作为虚拟裂纹扩展节点。
基于ANSYS Workbench的均压环断裂分析
基于ANSYS Workbench的均压环断裂分析王益博;杨乐;孟忠;莫冰;马梁丁;康鹏【摘要】The grading ring is an important part of the high voltage electrical equipment. It is mainly used for balancing the stray capacitance and distributing the voltage evenly. Under a large force of wind load, the HV switch disconnectorgrading ring operating in high winds area is very important for its own design strength and operational reliability. Based on the ANSYS Workbench18. 1finite element analysis software, a fracture problem of the HV switch disconnector-grading ring caused by strong wind force is analyzed. The calculation condition determination, the stress analysis, the model establishment, the stress surface cutting and the simulation calculation are carried out in step. The displacement and stress of the HV switch disconnector-grading ring under wind load are obtained. The results show that the manufacturing quality of the grading ring is the main factor affecting the strength and reliability of the grading ring when the design strength of the grading ring meets the requirements of operation. Some measures to improve the strength and reliability of the HV switch disconnector- grading ring are put forward.%均压环是高压电器设备的重要组成部分, 其主要作用是均衡对地杂散电容, 使电压分布均匀.运行在大风地区的高压隔离开关均压环, 在风载荷的较大作用力下, 其自身的设计强度和运行可靠性至关重要.基于ANSYS Workbench18. 1有限元分析软件, 对由于大风作用力引起的均压环断裂问题进行逐步分析, 通过确定计算条件、进行受力分析、建立模型和仿真计算等, 分析得出该均压环在较大的风载荷作用力下的位移和应力情况.结果表明, 在保证均压环的设计强度满足使用要求的情况下, 均压环的制造质量是影响其强度和运行可靠性的主要因素.给出了提高高压隔离开关均压环强度及运行可靠性的具体措施.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】3页(P67-69)【关键词】高压隔离开关均压环;大风;ANSYS;强度;分析;可靠性【作者】王益博;杨乐;孟忠;莫冰;马梁丁;康鹏【作者单位】西安西电高压开关有限责任公司,陕西西安 710018;西安西电高压开关有限责任公司,陕西西安 710018;西安西电高压开关有限责任公司,陕西西安710018;西安西电高压开关有限责任公司,陕西西安 710018;西安西电高压开关有限责任公司,陕西西安 710018;西安西电高压开关有限责任公司,陕西西安 710018【正文语种】中文【中图分类】TM564.1我国西北部存在诸多强风气候区域，以新疆为例，从其西部的阿拉山口到东部的哈密地区之间就存在八大著名风区，其中，以达坂城至吐鲁番、阿拉山口至七角井最为著名[1]。
ansys断裂力学技巧
Ansys断裂力学裂纹和瑕疵在很多结构和零部件中会出现，有时会导致严重的后果。
断裂力学就是研究裂纹扩散问题的学科。
12.1 断裂力学的理解断裂力学就是解决结构在外载荷作用下，裂纹和瑕疵如何扩散的问题。
它包含裂纹扩散相应的解析预报和实验结果验证。
解析预报是通过断裂参数的计算得出的，如裂纹区域的应力强度因子，它可以用来评估裂纹的生长率。
最具典型的是，裂纹的长度随着一些循环载荷的每一次作用而增长，如飞机上机舱的增压-减压。
另外，环境的情况，如温度或光线的照射等，都会影响某些材料的断裂性能。
在研究中，断裂问题需重点研究的典型参数如下：●应力强度因子（K I, K II和K III），是断裂的三个基本形式。
●J-积分，是一种不受线路影响的线积分，用来测量裂纹端点的奇异应力和应变。
●能量释放率（G），它代表裂纹开始和终止处的能量的大小。
12.2 求解断裂力学问题求解断裂力学问题包括执行线弹性或弹塑性静态分析，以及使用专用的后处理命令或宏来计算需要的断裂参数。
此处分成两个部分来介绍：●裂纹区域的建模●计算断裂参数12.2.1裂纹区域的建模断裂模型中最重要的部分就是裂纹边界的部分。
在ansys中，在二维模型和三位模型中，分别将裂纹的边界看成是裂纹端点和裂纹前端。
如图12.1所示。
r是距离裂纹端点的长度。
裂裂纹面应该是重合纹端点处的应力和应变是奇异的，的，裂纹端点（或裂纹前端）附近的单元应该是二次的，即角点之间有中间节点。
这种单元被称为奇异单元。
12.2.1.1 二维断裂模型二维断裂模型的推荐单元类型是PLANE2，6节点的三角实体单元。
裂纹端点附近的单元的第一行是奇异的，如图12.2（a）所示。
前处理模块PREP7的命令(Main Menu> Preprocessor> Meshing> Size Cntrls> Concentrat KPs> Create)可以定义某关键点附近的单元划分的大小，在断裂模型中特别有用。
利用ANSYS进行断裂分析
利用ANSYS进行断裂分析初次试做断裂分析，希望有这方面经验的高手能发表些经验之谈！这个模型由两种材料组成：表面镀层为铝,基底为钢。
目的是对表面镀层的剥离过程进行分析。
目前这个模型是个假想的简化模型，初步目标是实现剥离过程的模拟。
裂纹扩展是通过接触单元生死功能实现的。
基层和镀层由接触单元连接，然后通过断裂判断准则确定要杀死的失效的接触单元。
第一版(没有加断裂判断准则，强行逐个杀死界面接触单元)：fini/clear/filn,crack1/PREP7!*ET,1,PLANE182!*KEYOPT,1,1,2KEYOPT,1,3,1KEYOPT,1,4,0KEYOPT,1,6,0KEYOPT,1,10,0!*rect,0,100,0,100rect,0,100,100,110lesi,1,,,10lesi,2,,,10esha,2!*MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,210e3MPDATA,PRXY,1,,0.3MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,2,,70MPDATA,PRXY,2,,0.33amesh,1lesi,5,,,10lesi,6,,,2mat,2amesh,2lsel,s,,,3nsll,s,1cm,c1,nodelsel,s,,,5nsll,s,1cm,t1,nodensel,s,loc,xd,all,uxnsel,s,loc,yd,all,uyd,all,uxmp,mu,3,0/COM, CONTACT PAIR CREATION - START CM,_NODECM,NODECM,_ELEMCM,ELEMCM,_LINECM,LINECM,_AREACM,AREA/GSA V,cwz,gsav,,tempMP,MU,3,0MA T,3R,3REAL,3ET,2,169ET,3,172R,3,,,100,0.1,0,RMORE,,,1.0E20,0.0,1.0,RMORE,0.0,0,1.0,,1.0,0.5RMORE,0,0.5,1.0,0.0,KEYOPT,3,2,0KEYOPT,3,3,0KEYOPT,3,4,0KEYOPT,3,5,0KEYOPT,3,7,0KEYOPT,3,8,0KEYOPT,3,9,0KEYOPT,3,10,0KEYOPT,3,11,0KEYOPT,3,12,5! Generate the target surfaceNSEL,S,,,T1CM,_TARGET,NODETYPE,2ESLN,S,0ESURF,ALLCMSEL,S,_ELEMCM! Generate the contact surfaceNSEL,S,,,C1CM,_CONTACT,NODETYPE,3ESLN,S,0ESURF,ALLALLSELESEL,ALLESEL,S,TYPE,,2ESEL,A,TYPE,,3ESEL,R,REAL,,3/PSYMB,ESYS,1/PNUM,TYPE,1/NUM,1EPLOTESEL,ALLESEL,S,TYPE,,2ESEL,A,TYPE,,3ESEL,R,REAL,,3CMSEL,A,_NODECMCMDEL,_NODECMCMSEL,A,_ELEMCMCMDEL,_ELEMCMCMSEL,S,_LINECMCMDEL,_LINECMCMSEL,S,_AREACMCMDEL,_AREACM/GRES,cwz,gsavCMDEL,_TARGETCMDEL,_CONTACT/COM, CONTACT PAIR CREATION - END lsel,s,,,7nsll,s,1cm,s1,node!Gradient surface loadSFGRAD,PRES,0,X,0,-0.1,sf,all,pres,-0.1nsel,allesel,all!save/solutime,1deltim,1,1,1solve/post1plns,s,1anty,,resttime,1.1ekill,140solve/post1plns,s,1/soluanty,,resttime,1.2ekill,140ekill,139solve/post1plns,s,1/soluanty,,resttime,1.3ekill,140ekill,139ekill,138solve/post1plns,s,1/soluanty,,resttime,1.4ekill,140ekill,139ekill,138ekill,137solve/post1plns,s,1第二版(加了断裂自动判断准则)。
ansys力学基础
ansys力学基础概述：ANSYS是一种用于工程仿真的软件，被广泛应用于各个领域，其中力学分析是ANSYS的核心功能之一。
本文将介绍ANSYS力学基础，包括力学基本概念、力学分析流程以及常见的力学分析类型。
一、力学基本概念：力学是研究物体运动和物体受力情况的学科，主要包括静力学和动力学两个方面。
静力学研究物体在静止或平衡状态下的受力情况，动力学研究物体在运动状态下的受力和运动规律。
二、力学分析流程：力学分析一般包括以下几个步骤：几何建模、材料属性定义、边界条件设定、加载条件设定、网格划分、求解和后处理。
其中，几何建模是将实际物体转化为计算机模型的过程，材料属性定义是指定物体的力学性质，边界条件设定是约束物体的运动或力的方向，加载条件设定是施加在物体上的外部力或位移。
网格划分是将物体划分为小网格以便进行数值计算。
求解是通过数值方法求解物体的应力、应变和变形情况。
后处理是对求解结果进行分析和展示。
三、常见的力学分析类型：1. 静力学分析：静力学分析是研究物体在静止或平衡状态下的受力情况。
通过施加一定的边界条件和加载条件，可以计算物体的应力和变形情况。
静力学分析可以用于确定物体是否会发生破坏或变形，为设计提供依据。
2. 动力学分析：动力学分析是研究物体在运动状态下的受力和运动规律。
通过施加动力加载条件，可以计算物体在运动过程中的应力、应变和变形情况。
动力学分析可以用于预测物体在振动、冲击或爆炸等情况下的响应。
3. 疲劳分析：疲劳分析是研究物体在重复加载下的破坏情况。
通过施加循环加载条件，可以计算物体的疲劳寿命和疲劳破坏位置。
疲劳分析可以用于评估物体在长期使用中的可靠性和安全性。
4. 热力学分析：热力学分析是研究物体在温度场和热流场作用下的应力和变形情况。
通过施加热加载条件，可以计算物体的温度分布、热应力和热变形情况。
热力学分析可以用于评估物体在高温或变温环境下的稳定性和可靠性。
5. 液体力学分析：液体力学分析是研究液体在流动过程中的应力和压力分布。
- 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)。
September 30, 2003
Structural Nonlinearities
2、定义沿裂纹面的路径，应以裂纹顶端作为路径的第一点，对于半
个裂纹模型而言，沿裂纹面需有两个附加点，对于整个模型，则 应包括两个裂纹面共需四个附加点，两个点沿一个裂纹面，其他 两个点沿另一个裂纹面，下面图形给出了二维模型的情况。 GUI: Main Menu>General Postproc>Path Operation>Def03
Structural Nonlinearities
裂纹区域的模拟
断裂模型中最重要的区域是围绕裂纹边缘的部位。裂纹的 边缘，在二维模型中为裂纹顶端，在三维模型中为裂纹的前缘。
September 30, 2003
Structural Nonlinearities
在线弹性问题中，在裂纹顶端附近（或裂纹前缘）某点的位
September 30, 2003
Structural Nonlinearities
3、计算 K 、
型是平面应力或平面应变。除了薄板的分析，在裂纹顶端附近和 它的渐近位置，其应力一般是考虑为平面应变，KSCYM域用来
K 和 K ,KCALC命令中的KPLAN区域指定模
指定半裂纹模型是否具有对称边界条件，还是反对称边界条件，
2D-断裂模型
适用于二维断裂模型的单元是PLANE2，为六节点三角形单元，围绕
裂纹尖端的第一行单元，必须具有奇异性，PREP7中的KSCON命令（ Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape&Size >-Concentrat
KPs-Create)是指定围绕关键点的单元大小和分割排列。本命令自动围
September 30, 2003
Structural Nonlinearities
• 沿X轴的正方向移动DX距离[PCALC,ADD,XG,XG,,,,DX](即从原 点处移动DX/2距离） ，将UX和UY映射到路径上，取名UX2, UY2. • 把路径移回原点（距离-DX/2)，然后采用PCALC计算（UX2UX1)/DX和(UY2-UY1)/DX, 它就分别代表 u x / x, u y / x • 12. 采用第10步和第11步计算得到的数据，计算J积分的第二项 ，并对路径的距离S积分，得到J积分第二项。 • 13.采用7和12步所获得的数据，求和得J积分的值。
断裂力学 的ANSYS求解技术
September 30, 1998
- Release 5.5 (0011)
断裂参数
1、应力强度因子K
2、J积分 3、能量释放率G
September 30, 2003
Structural Nonlinearities
断裂力学参数的求解
• 先进行裂纹模型的线弹性或弹塑性静力分析 • 然后用特殊的后处理命令或宏命令计算断裂参 数
移随 r
1 2
而变化，r是裂纹尖端到该点的距离，裂纹顶端处的应力
1 2
和应变是奇异的，随r
变化。为选取应变的奇异点，相应的裂
纹面须与它一致。围绕裂纹顶点的有限元单元是二次奇异单元，
它是把单元边上的中节点放到1/4处。
September 30, 2003
Structural Nonlinearities
G U a a U a Ba
• 其中B是断裂模型的厚度。 • 在第二次分析中，把裂纹扩展Δa，选择裂纹附近的所有节点，并 在X方向给予缩放，以得到扩展了的裂纹模型。 • Main Menu>Peoprocessor>Modeling-Operate>Scale • 裂纹附近通常指裂纹尖端在半径a/2 内的全部节点，同样对节点 的缩放因子Δa， 一般应取裂纹长度的0.5%～2%。
September 30, 2003
Structural Nonlinearities
• 6.对总体Y轴积分 • 命令：PCALC • GUI:Main Menu>General Postproc>Path Operations> • Integrate
• 7.将积分的最后值赋值给一个参数，它就是J积分的第一项。 • 命令：*GET,name,Path,,Last • GUI:Main Menu>Parameters>Get Scalar Data
• 11.沿X轴正方向和负方向将路径移动一小段距离，计算位移向量 的导数 u x / x, u y / y 这涉及到以下步骤： • 计算路径移动的距离DX，一般情况下取路径的总长度的1%，可 以通过以下命令得到路径总长度： • *GET,Name,Path,,Last,S • 沿X轴的负方向移动DX/2距离[PCALC,ADD,XG,XG,,,,-DX/2](即 从原点处移动DX/2距离） ，将UX和UY映射到路径上，取名 UX1,UY1。
计算 t x 和 t y
计算
u x x
和
u y y
计算第二项积分
求 和 计 算 J积 分
September 30, 2003
Structural Nonlinearities
二维模型计算J积分的步骤
• 1.读入所要的结果 • 命令SET • GUI:Main Menu>General Postproc>Last Set • 2.存储每个单元的应变能和体积 • 命令：ETABLE • GUI: Main Menu>General Postproc>Element Table> • Define Table • 3.计算每个单元的应变能密度 • 命令：SEXP • GUI: Main Menu>General Postproc>Element Table> • Exponentiate
3D-断裂模型
三维模型推荐使用的单元类型为SOLID95，20节点块单元。围绕裂 纹前缘的第一行单元应该是奇异单元，单元的KLPO面退化成KO线。
产生三维断裂模型要比二维模型复杂，命令KSCON不能用于三维模型
，必须要保证裂纹前缘沿着单元的KO边。 推荐的单元尺寸与二维模型一样，此外在所有的方向上，单元相临
2、建立直线,如图所示。 GUI:Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines> Lines>straight line
September 30, 2003
Structural Nonlinearities
3、通过线产生面。 GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas >Arbitrary>By Lines
绕指定的关键点产生奇异单元。命令的其他选项是控制第一行单元的半 径，以及控制周围单元的数目等。为获得理想的计算结果，围绕裂纹顶
端的第一行单元，其半径应该是八分之一裂纹长或更小。在裂纹四周每
一单元最好有30~40度角度，最好是等腰三角形。
September 30, 2003
Structural Nonlinearities
September 30, 2003
Structural Nonlinearities
实例 step by step
如图所示薄平板，100mmX100mmX10mm，长条板有单边裂纹 ，裂纹长度为a=20 mm，泊松比为0.3，杨氏模量为200e9，在 1MPa拉伸应力作用下，求平板的应力强度因子K和J积分。
September 30, 2003
Structural Nonlinearities
J积分的计算在ANSYS中的General Postproc中进行，主要是围绕 上面的公式计算，其计算流程图如下图所示：
计算应变能 读入结果 定义积分路径 绘制应变能密度 对 Y轴 积 分
绘制路径应力分量 和定义路径法向量
边之比不超过1：4。
对曲线的裂纹前缘，单元的大小决定于局部曲率的数值，大概应该 使沿曲裂纹前缘中每个单元只有15~30度的角度。所有单元的边（包括
裂纹前缘）都应该是直线。
September 30, 2003 Structural Nonlinearities
计算应力强度因子
静态分析完成后，用POST1中的KCALC命令计算复合型断裂中的应力 强度因子
September 30, 2003
Structural Nonlinearities
能量释放率
• 能量释放率用于计算裂纹张开或闭合时所作的功。计算能量释放 率的方法是虚拟裂纹扩展方法。 • 在虚拟裂纹扩展方法中，必须作两次分析，一次是裂纹长度为a ，另一次是裂纹长度为a+Δa，如果两种情况下的位能被存储， 则：
September 30, 2003
Structural Nonlinearities
• 8.将应力分量SX,SY,SXY映射到积分路径上 • 命令：PDEF • GUI:Main Menu>General Postproc>Path Operations> • Map onto Path
• 9.定义路径法向量 • 命令：PVECT • GUI:Main Menu>General Postproc>Path Operations> • Unit Vector
September 30, 2003
Structural Nonlinearities
• 4.定义积分线路径 • 命令：PATH • GUI:Main Menu>General Postproc>Path Operations> • Define Path
• 5.将步骤3存储在单元表中的应变能密度映射到积分路径上 • 命令：PDEF • GUI:Main Menu>General Postproc>Path Operations> • Map onto Path