ANSYS workbench 裂纹分析

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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断裂分析

基于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，我国每年因断裂造成的损失十分巨大。

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。

ansys裂纹分析

Tutorial 3: 2D Crack problemIn this third problem you will analyze a simple 2-dimensional geometry where plane solid elements will be used. Here the interest is to calculate the stress intensity factors. We will now guide you through a simple analysis of how to do this below.The geometry to be analyzed is a thin cracked plate shown in Figure 11. The material is steel with Young’s modulus 200 GPa and Poisson’s ratio 0.3. It is recommended that you use SI-units for all quantities in order to obtain a result in SI-units. Saving your model is optional but recommended.Figure 11: A plate with an edge crack.Start ANSYS. Your model can be saved in a database by specifying your working directory (the folder where you want your ANSYS files to be saved) and a job name (every problem must have a job name).ANSYS Utility menu: File → Change directory …ANSYS Utility menu: File → Change jobname …GeometryWe will now draw half of (use of symmetry plane) the structure shown in Figure 11 by first defining keypoints and then draw lines between them. Define keypoints at the corners and crack tip, see Figure 12 for the location of the keypoints .ANSYS Main menu: Preprocessor → Modeling → Create → Keypoints → In ActiveCSPress Apply to create the first five keypoints . Press OK to create the last keypoint and close the dialog box.Keypoint x y 1 0 0 2 0.25 0 3 1 04 1 15 0 1 Figure 12: Keypoints coordinates and input dialog box.We will now create lines between the keypoints, see Figure 13 for the order of the lines .ANSYS Main menu: Preprocessor → Modeling → Create → Lines → Lines →Straight LinePress Apply to create the first four lines. Press OK to create the last line and close the dialog box.Line KP1 KP2 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 1Figure 13: Lines and keypoints.Tip: You can check your geometry in the graphics display:ANSYS Utility menu: Plot → Keypoints → KeypointsorANSYS Utility menu: Plot → LinesNumbering of lines and keypoints on the graphics display can be turned on and off in the dialog box after selectingANSYS Utility menu: PlotCtrls → Numbering…You are now ready to create an area from the lines:ANSYS Main menu: Preprocessor → Modeling → Create → Areas → Arbitrary →By LinesPick the lines in any order you like. Click OK to create the area.Tip: Remember to save your model every now and then through the analysis.MaterialDefine the material model and the material constants.Element typeThe element type to use is called Plane2. Add this element from the library:ANSYS Main menu: Preprocessor → Element type → Add/Edit/Delete → Add…In the options for the element choose plane stress:ANSYS Main menu: Preprocessor → Element type → Add/Edit/Delete → Options →Element behavior → Plane Stress.MeshIn linear elastic problems, it is known that the displacements near the crack tip (or crack front) vary asr,where r is the distance from the crack tip. The stresses and strains are singular at the crack tip, varying asr1.To resolve the singularity in strain, the crack faces should be coincident, and the elements around the crack tip (or crack front) should be quadratic, with the midside nodes placed at the quarter points. Such elements are called singular elements . Figure 14 shows an example of a 2D singular element.Figure 14: Example of a 2D singular element and element- division around a crack tip.The first row of element around the crack tip should be singular as illustrated above. The KSCON command which assigns element division sizes around a keypoint, is particularly useful in a fracture model. It automatically generates singular elements around the specified keypoint. Other fields on the command allow you to control the radius of the first row of elements, number of elements in the circumferential direction, etc. KSCON is found inANSYS Main menu: Preprocessor → Meshing → Size Cntrls → Concentrat KPs →Create.Select the crack tip keypoint. Choose the element size closest to the crack tip to be 0.001 of the crack length, the radius ratio to 1.5 and number of elements in the circumferential direction to 6. Also, don’t forget to change the midside node position to ¼ pt, see Figure 15.Figure 15: The dialog box appearing in the KSCON command.Before meshing the area a global size limitation on the element size should be set. This is not necessary for the problem to be solved but can improve the condition number of the stiffness matrix.ANSYS Main menu: Preprocessor → Meshing → Size Cntrls → ManualSize →Global → Size…Choose the global size to 0.05 m. Now you are ready to mesh the area with command: ANSYS Main menu: Preprocessor → Meshing → Mesh → Areas → Free.Pick the area and click OK.LoadsAs only half of the geometry is modeled, symmetry boundary condition should be applied on the symmetry plane:ANSYS Main menu: Solution → Define Loads → Apply → Structural →Displacement → Symmetry B.C. → On linesPick line number 2 and click OK. The crack surface is not restricted in its movement in any direction that is no boundary condition should be applied to that line. Of course, if a negative force is applied and the crack surfaces moves towards each other, a contact definition needs to be defined. But here we assume that the crack surfaces moves away from each other.Apply the load on the top line of the model as pressure. The pressure is defined positive in the negative normal direction; therefore a minus sign should be included when defining the pressure. The command is:ANSYS Main menu: Solution → Define Loads → Apply → Structural → Pressure →On Lines,where line number 4 is picked. A new box appears and the pressure can be defied as a constant value, -30e6 Pa. By default is the thickness assumed to be of unit size in Ansys. SolutionThe problem is now defined and ready to be solved:ANSYS Main menu: Solution → Solve → Current LSResultsEnter the postprocessor and read in the results:ANSYS Main menu: General Postproc → Read Results → First SetNow there are several results to study. Plot the deformed and undeformed shapes, this has been described earlier. Also, study the elements solution of the von Mises stress around the crack tip. The stress-level should be quite high at the crack tip since the elasticity theory gives infinity large stresses around a crack tip. The higher resolution of the mesh the higher stress-levels will be obtained.The stress-intensity factors may now be of interest. The KCALC command calculates the mixed-mode stress intensity factors K I, K II, and K III. This command is limited to linear elastic problems with a homogeneous, isotropic material near the crack region. To use KCALC properly, follow these steps in the General Postprocessor:1.Define a local crack-tip or crack-front coordinate system, with X parallel to thecrack face (perpendicular to the crack front in 3-D models) and Y perpendicular to the crack face, as shown in the following Figure 16.Figure 16: Local coordinate system at the crack tip.This coordinate system must be the active model coordinate system and also theresults coordinate system when KCALC is issued.The local coordinate system is defined through:Utility Menu → WorkPlane → Local Coordinate Systems → Create LocalCS → At Specified LocChoose the keypoint at the crack tip and the following dialog box appears. Fill in as below and click OK.Figure 17: Dialog box appearing at the Create Local CS command.You have now set the reference number to 11 for the local coordinate system.To turn the local coordinate system into active, use the following command: Utility Menu → WorkPlane → Change Active CS to → Specified CoordSys…Change to coordinate system number 11 as defined above.To change the results coordinate system, use the following command:ANSYS Main menu: General Postproc → Options for Outp.The command activates a coordinate system for printout or display of element and nodal results. Change the RSYS in the dialog box to local system and link to the created system above by typing in the reference number.2. Define a path along the crack face. The first node on the path should be the crack-tip node. For a half-crack model, two additional nodes are required, both along the crack face, see Figure 18.Tip: If it is hard to see the actual crack tip node, choose to plot the nodes by use of command:Utility Menu → Plot → Nodes.1Figure 18: The nodes to be chosen in the Path definition.ANSYS Main menu: General Postproc → Path Operations → Define Path. 3. Calculate K I, K II, and K III. The KPLAN field on the KCALC command specifieswhether the model is plane-strain or plane stress. Except for the analysis of thin plates, the asymptotic or near-crack-tip behavior of stress is usually thought to be that of plane strain. The KCSYM field specifies whether the model is a half-crack model with symmetry boundary conditions, a half-crack model with antisymmetry boundary conditions, or a full-crack model. In this case you have a symmetric half-crack model.ANSYS Main menu: General Postproc → Nodal Calcs → Stress Int Factr。

ANSYS静力学裂纹钻孔止裂前后及不同钻孔直径下的应力分析

Ansys 作业：裂纹钻孔止裂前后及不同钻孔直径下的应力分析裂纹钻孔止裂前后及不同钻孔直径下的应力分析目前钢结构广泛应用于桥梁、机械、工业和公共建筑，对其维护的重要性也显得越来越突出。

疲劳裂纹是一种钢结构常见的破坏形式，当发现钢结构构件中萌生了疲劳裂纹时，可以采用钻孔止裂技术,在裂纹尖端钻孔消除裂纹尖端的应力集中,从而延长钢结构构件的疲劳寿命,既确保了安全，又避免了不必要的损失。

而钻孔止裂技术的止裂效果取决于疲劳裂纹在止裂孔边的再生寿命,止裂孔直径的大小将直接影响疲劳裂纹的再生寿命，因此,对构件进行钻孔止裂分析十分重要。

一、创建有限元模型以钢板分析为例: 长100m 宽80m 厚0.002m裂纹区域坐标 (-40,0.01,0) (-40,0.01,0,) (-39.9,0,0)弹性模量泊松比建模时，只建立面，以矩形中心为坐标原点，厚度在中如下设置划分后的单元二、设定载荷并求解左上点、右下点固定段约束上下两边压强三、后处理模型1变形情况：Mises应力云图四、不同钻孔直径下的Mises应力云图1、直径0.002m2、直径0.004m3、直径0.006m4、直径0.008m五、数据分析：/减小，裂纹尖端的应力集中现象的得到改善。

本次模拟试验为验证性试验,实际应用中裂纹尖端钻孔可以降低应力集中现象，但改善情况一般在30%以内，本次模拟实验的到的应力改善情况偏大，应该是划分单元的粗细程度不同引起的。

3、纵向比较不同直径的钻孔可知：应力集中现象的最大的应力值随孔径的增大而减小。

但由实际可知，钻孔并非越大越好，故上述结论在一定范围内是成立的。

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。

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)。

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]。

混凝土结构的裂缝及其ANSYS分析

混凝土结构的裂缝及其ANSYS分析混凝土结构是建筑工程中常见的结构形式，由于其性能优异，在各种建筑中被广泛使用。

然而，由于混凝土结构的特性，如收缩、膨胀、温度变化、荷载变形等，可能会导致结构出现裂缝。

本文将探讨混凝土结构的裂缝产生原因、裂缝的分类以及使用ANSYS软件进行裂缝分析的方法。

混凝土结构的裂缝产生原因可以从内力和外力两个方面考虑。

内力是由于结构收缩、膨胀和变形引起的，外力则包括温度变化、荷载作用、水膨胀、地震等因素。

裂缝的形成是由于混凝土内部受到拉应力的作用，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会形成裂缝。

根据混凝土结构裂缝的性质和产生原因，常见的裂缝可以分为以下几类：1.收缩裂缝：由于混凝土在干燥过程中会发生收缩，造成内部产生拉应力，从而形成的裂缝。

2.膨胀裂缝：由于温度的变化以及聚合材料的膨胀引起的裂缝，也是常见的一种裂缝类别。

3.荷载裂缝：由于承载结构受到外部荷载作用产生的拉应力引起的裂缝。

4.施工裂缝：由于混凝土的收缩和膨胀，以及施工技术不良等因素引起的裂缝。

5.水膨胀裂缝：由于混凝土受到水的侵蚀，引起水膨胀引起的裂缝。

为了对混凝土结构的裂缝进行分析，可以使用ANSYS软件。

ANSYS是一种通用有限元分析软件，可以用于模拟和分析各种复杂的结构问题。

以下是使用ANSYS进行混凝土结构裂缝分析的方法：1.准备模型：首先需要准备一个混凝土结构的三维模型。

可以使用CAD软件绘制模型，然后导入到ANSYS中。

在绘制模型时，需要注意表达混凝土的材料性质、尺寸和边界条件等。

2.定义材料性质：在ANSYS中定义混凝土的材料性质，包括弹性模量、抗拉强度、抗压强度、收缩系数等参数。

这些参数可以根据实际材料的性质进行设定。

3.应用载荷：在模型中应用实际的载荷和边界条件。

载荷可以包括静载荷、动态荷载以及温度载荷等。

需要注意的是，载荷应符合实际工程情况。

4.网格划分：将模型进行网格划分，将结构划分成小的单元。

基于ANSYS Workbench电加热支架结构运输断裂分析

网格划分：将单元格尺寸设置为 4.0mm，网格类型为四面体实体结构，为提升模型计算精度，将网格质量设置为 0.8 以保障网格划分质量。
约束和载荷：对电加热支架结构进行受力分析，设置 20kg 质量点的方式来替代电加热的重量载荷。质量点两端各设置为 10kg，行为设置为 regid 状态，模拟支架在安装电加热后的载荷状态。最后竖直向下施加默认地球重力 9.8m/s2，并在支架结构四端施加固定支撑处理。
图 1 支架开裂图
1 前处理常规的 PTC 电加热支架模型见图 2。一般安装在蒸发器后侧对冷风进行加热控温。支架四端被螺栓固定在蒸发器侧板上，支架结构长 2.0m，高 1.2m，板材厚度是 2mm。材料是 Q235 材料，其弹性模量 E=2.00伊105MPa，泊松比为 u=0.30。材料的屈服强度实测为 235MPa，抗拉强要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要
计，采用电加热剖面结构是“几型”的设计，见图 3 所示。
已远超材料极限强度，大概率会发生断裂现象，不满足结
在上述原有载荷的基础上，进行静力学求解处理，结构强度设计的要求。经过重新优化结构设计，由支架剖面
果见图 4 所示。新支架结构模型在承受电加热重量时，结 “L 型”结构优化设计成“几型”结构，加强了结构刚性。新
结构的屈服强度（241MPa），满足结构强度设计及运输结
该电加热钣金剖面结构是“L 型”结构，在随机振动载荷构可靠性的要求，见图 5。
下局部结构薄弱位置有很大的应力集中，断裂分析极高。为
经过仿真计算，PTC 电加热旧支架结构在高速公路运
了强化加热器支架结构的刚性，对该钣金结构进行优化设输载荷下，2sigma 最大等效应力为 719MPa，局部振动应力

基于ANSYS Workbench的预应力混凝土结构开裂分析

基于ANSYS Workbench的预应力混凝土结构开裂分析摘要：为研究裂缝宽度及深度对预应力混凝土箱梁结构受力性能的影响，采用分布裂缝模型，通过SolidWorks软件建立实体模型，利用ANSYS Workbench软件划分网格、添加动静荷载并采用降温法实现预应力加载，完成对实际桥梁进行有限元的分析计算，结果表明不同程度开裂对结构受力有一定影响，但不会对其结构极限承载能力和刚度造成严重损失。

关键词：预应力混凝土裂缝受力性能 ANSYS Workbench SolidWorks1、概述20世纪30年代以来，预应力混凝土结构在桥梁、大型建筑和水工结构等土木工程中得到了大量、广泛的应用。

统计资料表明[1]：近20年来，我国所建混凝土桥梁中，75％以上采用的是预应力混凝土结构。

然而，由于设计、施工和运营管理等方面的不足和缺陷，在役的许多预应力混凝土连续箱梁结构都存在不同形式的裂缝，这些裂缝的存在对结构的安全性、耐久性和正常使用产生了十分不利的影响[2]。

裂缝的出现引起周围钢筋和混凝土受力的变化，结构产生变形，刚度下降，从而导致内力重分布的现象。

由于分布裂缝模型将单个裂缝连续化，不需要改变有限元网格划分，适用于有限元分析并且接近于工程实际情况，文中采用该模型进行分析。

2、结构有限元分析方法2.1结构建模方法此次建模过程中，采用SolidWorks软件构造出结构的各部分的零件图，然后通过配合的方式生成整体结构的装配体文件。

裂缝可以由单独零件切割掉部分结构之后装配而成，从而构建出预应力混凝土结构有限元分析的全桥模型。

2.2结构分析方法通过SolidWorks和ANSYS Workbench的无缝链接，将生成的结构装配体文件直接导入Workbench中，划分网格、添加荷载和控制截面，进行实际的结构受力分析，可以得到直接得到实体单元的应力和应变结果。

在ANSYS中对预应力钢筋混凝土采用整体式的分析方法，将混凝土和钢筋的作用一起考虑，其原理如下：（1）式中，T为预应力钢筋单元的降温量；Ny为有效预应力；α为热膨胀系数；Ay为预应力筋面积。

基于Workbench的表面裂纹应力强度因子的对比分析

基于Workbench 的表面裂纹应力强度因子的对比分析王永亮*(武汉工程大学机电工程学院）摘要压力容器及管道在制造和长期使用下容易形成裂纹缺陷，而应力强度因子是裂纹研究中的重点。

根据标准AP 丨579,标准GB/T19624—2019《在用含缺陷压力容器安全评定》得到受内压圆筒内表面半椭圆表面裂纹应力强度因子的计算结果，并将其与数值仿真软件A N S Y S 模拟计算结果进行对比分析。

结果显示：标准API 579和标准GB 19624/T—2019的结果在裂纹应力最大处即（识=90。

）时得到的结果基本一致，二者误差范围在10%以内；当屮=0。

和炉=90。

时，根据标准计算得到的结果与有限元结果相比，对比误差皆在10%以内；证明在计算应力强度因子为/T ,时，有限元法得到的结果是准确可靠的，可以作为求解复杂裂纹的工具之一。

关键词应力强度因子有限元对比分析中图分类号 Q 346.1D O I ： 10.16759/ki.issn.1007-7251.2021.04.007Comparative Analysis of Stress Intensity Factors ofSurface Cracks based on WorkbenchWANG YongliangAbstract: Pressure vessels a n d pipelines w e r e prone to crack defects during manufacturing an d long-termuse, a nd the stress intensity factor w a s the focus of crack research. According to the standard A P I 579 and the G B /T 19624—2019" Safety assessment of in-service pressure vessels containing defects'', the result of the stress intensity factor of the semi-elliptical surface crack on the inner surface of the cylinder under internal pressure w a s obtained. T h e results w e r e c o m p a r e d with the numerical simulation software A N S Y S simulation calculation results. T h e results s h o w e d that the results of standard A P I 579 an d standard G B /T 19624—2019 w e r e obtained at the m a x i m u m crack stress ( (p =90°), an d the error between the t w o w a s within 10%. W h e n (p =0°a n d (p =90°, the comparison error between the result calculated according to the standard and the finite element result w a s within 10%. I t w a s proved that w h e n the stress intensity factor w a s calculated as K… the result of the finite element m e t h o d w a s accurate and reliable, a nd i t could be used as o ne of the tools for solving c o m p l e x cracks.Key words: Stress intensity factor; Finite element; Comparative analysis0刖目在实际工程中，裂纹是在役容器损伤的主要来源之一，因此研究并防止该类结构发生裂纹缺陷对于设备安全运行具有重要的意义。

用ANSYS作裂纹走向预测的计算技巧

用ANSYS作裂纹走向预测的计算技巧ANSYS是一个广泛应用于工程领域的有限元分析软件，用于模拟和解决各种工程问题。

在裂纹走向预测方面，ANSYS提供了多种功能和技巧。

本篇文章将介绍ANSYS在裂纹走向预测方面的计算技巧，并提供一些实用的方法和建议。

以下是一些值得关注的关键步骤和技巧：1.建立准确的模型：在进行裂纹走向预测之前，需要建立一个符合实际情况的准确模型。

模型的准确性对于预测结果的准确性至关重要。

在建模过程中，需要考虑材料的性质、裂纹的大小和方向以及与裂纹配合的部件的几何形状。

2.材料参数的输入：ANSYS提供了材料数据库，可以选择标准材料参数。

然而，在一些情况下，需要自定义材料参数。

这涉及到材料的宏观和微观力学性质。

这些材料参数包括弹性模量、屈服强度、破坏韧性等。

正确输入材料参数对于准确预测裂纹走向至关重要。

3.边界条件的设置：边界条件对于裂纹行为的模拟非常关键。

在模型中正确设置边界条件将能够准确预测裂纹的行为。

对于裂纹走向预测，需要考虑材料的加载状态和应力分布。

要模拟真实情况下材料的力学行为，可以设置边界条件来模拟真实的受力情况。

4.裂纹尺寸的输入：在模拟裂纹行为时，需要定义裂纹的尺寸。

ANSYS提供了多种定义裂纹尺寸的方法，包括手动输入和自动生成。

在裂纹走向预测中，可以通过输入不同的裂纹尺寸来模拟不同的裂纹形态，然后预测不同的裂纹走向。

5.工程应力的加载：工程应力加载是模拟实际工程问题的关键步骤之一、通过在模型中应用工程应力，可以模拟裂纹行为的响应。

可以在ANSYS中使用加载边界条件来模拟不同的加载条件，例如拉伸、压缩或弯曲。

6. 材料损伤准则的选择：裂纹走向预测中，需要选择适当的材料损伤准则。

材料损伤准则用于预测裂纹扩展方向和速率。

ANSYS提供了多种材料损伤准则，如J-Integral、CTOD等。

选择适当的材料损伤准则可以提高预测结果的准确性。

7.结果分析和后处理：在模拟完成后，需要对结果进行分析和后处理。

ANSYSLS-DYNA中裂纹模拟的几种办法

ANSYSLS-DYNA中裂纹模拟的几种办法Ls-dyna中裂纹模拟的几种办法1、*CONSTRAINED_TIED_NODES_FAILURE首先必须把单元间共节点的节点离散，可以采用ls-prepost或femp实现。

然后在通过matlab 或者其他语言编写小程序，对位于同一个位置的节点建立节点集，添加*CONSTRAINED_TIED_NODES_FAILURE关键字。

采用此方法来实现裂纹模拟的缺点是前处理太麻烦。

应用实例可参考白金泽《lsdyna3d 基础理论与实例分析》。

2、mat_add_eroson关于这个关键字本版内有很多讨论，可以搜索一下。

需要注意的是，在lsdyna 971R4之前的版本中，这个材料模型所带的失效模式均只适用于单点积分的二维和三维实体单元。

但是在R4之后的版本中，这个关键字有了很大的改进：1、去除了单点积分的限制，同时还支持3维壳单元和厚壳单元中的type1和type2。

2、可以定义初始损伤值，增加了几种损伤模型，具体可以参考lsdyna 971R5版的关键字。

3、带有失效的材料模型有些材料模型本身就带有失效的，可以定义单元的失效来模拟裂纹的拓展。

如*MAT_PLASTIC_KINEMA TIC等。

如果某些材料模型不带失效模式，可以采用方法2，或者通过自定义材料本构来实现裂纹的模拟。

4、带有失效模型的接触或者用弹簧单元来模拟裂纹这个方法个人觉得有些牵强，但是在有些文献中也见过。

在定义裂纹前必须已知可能出现裂纹的区域，通过带有失效模式的面对面的绑定接触CONTACT_TIED_SURFACE_TO_SURFACE_FAILURE或者用弹簧单元来模拟裂纹面。

" j. y: ~6 S3 S5 z$ E3 U! ]5、采用特殊的材料模型某些材料模型如*MAT_120（*MAT_GURSON），*MAT_120_JC （*MAT_GURSON_JC），*MAT_120_RCDC （*MAT_GURSON_RCDC），还有一些damage模型，如*MAT_96（*MAT_BRITTLE_DAMAGE）等，用损伤值来代替裂纹，通过观察损伤云图来判断裂纹的扩展。

基于ANSYS的穿透裂纹三维板数值分析

纹下表面，末端终于裂纹的上表面；
（３）
…
板中心裂纹
式中：厂—— 围绕裂纹尖端的一条任意反时针回路，起端始于裂卜弹塑性条件下，回路，上任意点（Ｙ，）的应变能密
图１函数ｔ）０取值图表１中心裂纹计算结果
・
５６・
第３８卷第２９期
２２月１年１００
山西建筑
裂纹的力学特性。板表面均匀压力荷载及约束如图８图９所示。阶梯荷载分别计算。模拟结果与解析解对比，，得到三种不同位置
３计算方法及理论依据
３１Ｊ积分．
３１０．１４６５．６６２０．２７７５．７９３０．３
误差／％
１８．３１８．１１８．２１８．２１８．２
ＫＡＪＣｌＣ
３１９．２４６４．９６２８．５７８３．２９３８．８
误差／％
图０三不位裂情的（）值线１种同置纹况，取曲。为 ÷
［６
篓研院力度子册Ｍ北：学版究・强因手［・京科出应］
ＯｎｎｍｅｉｎｌｓｓｏｅｅｒｔｄｃａｋｔｒｅｄｍｅｓｏｌｔａｅｎＡＮＳｕｒｃａａｙｉｆｐｎｔａｅｒｃｈｅ．ｉｎｉｎｐａｅｂｓｄｏＹＳ
，，
１ｉａ．２ｒ２
爹哼．卧参考文献：ｘ．［］康颖安．１断裂力学的发展与研究现状［］湖南工程学院学Ｊ．

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)。

基于ANSYS的齿轮根部裂痕故障诊断法

基于ANSYS的齿轮根部裂痕故障诊断法齿轮作为一种广泛使用的传动装置，在工业生产中扮演着至关重要的角色。

然而，在齿轮使用的过程中，由于多种原因，齿轮可能出现裂痕、断裂等故障，这些故障不仅影响齿轮传动的效率和可靠性，还可能导致严重的安全事故。

因此，齿轮故障诊断一直是机械工程领域的研究热点之一。

本文着重介绍了一种基于ANSYS的齿轮根部裂痕故障诊断方法。

ANSYS是一种广泛使用的有限元分析软件，其动力学分析功能可以用于评估齿轮的可靠性。

在此方法中，首先需要识别齿轮的故障类型。

齿轮的故障类型可以分为齿面故障和齿根故障两类，其中齿根故障又可以分为裂纹型和齿偏型两类。

齿根裂纹故障是一种比较常见的故障形式，因此本文仅介绍基于ANSYS的齿根裂纹故障诊断方法。

在ANSYS中，齿轮可以以3D实体模型的形式进行建模。

在建模时，需要考虑齿轮的几何形状、材料特性和加载条件等因素。

对于齿根裂纹故障的模拟，可以采用预定义的裂纹模型或自定义的裂纹模型，将裂纹的位置和大小进行设定。

在建立好齿轮模型后，需要进行加载条件的设定。

加载条件包括转速、扭矩和工作条件等因素。

在ANSYS中可以使用静态分析或动态分析的方法进行加载条件的设定。

在动态分析中，可以使用转矩-扭转角度曲线来描述齿轮的工作状态，根据额定载荷和额定寿命进行分析。

在完成齿轮模型和加载条件的设定后，可以利用ANSYS进行有限元分析，通过分析齿轮的应力状态、位移和形变等因素，评估齿轮的可靠性和故障情况。

对于齿根裂纹故障，需要进行应力分析和断裂分析，通过计算应力强度因子来确定裂纹的稳定性和破坏状态。

此外，可以使用断裂力学模型来模拟齿根裂纹的扩展过程，进一步研究裂纹的破坏机理和破坏路径。

值得注意的是，齿轮的故障诊断不能仅依靠单一的分析方法，需要综合应用多种方法进行验证。

例如，可以使用振动分析、声学分析和热学分析等方法来评估齿轮的健康状况，从而确定齿轮的工作状态和故障位置。

总之，基于ANSYS的齿根裂纹故障诊断方法具有精度高、分析速度快、灵活性强等优势，可以在工业领域广泛应用。

基于workbench程序对泵车转台开裂的分析及改进方法

基于W o r k b e n c h程序对泵车转台幵裂的分析及改进方法■亢晨钢孙晓太许宏志宋超徐州徐工施维英机械有限公司，江苏徐州221004摘要：某混凝土泵车转台出现开裂故障，通过有限元计算方法，对实际开裂情况进行了分析，提出了有效加固修复方案，并再次进行有限元计算复核，转台已满足结构强度要求。

关键词：混凝土泵车转台；有限元分析；开裂故障；优化方案1故障现象某混凝土泵车转台出现开裂故障，开裂处位于转台后部的臂架支承板与转台底板的连接处，如图l a所示的圆圈标示部位，转台开裂情况如图l b所示。

混凝土泵车工作时，转台上部连接臂架承受臂架载荷，下部通过回转支承连接下车结构，起到承上启下的作用。

混凝土泵车工作时转台回转及臂架变幅，会使转台承受载荷较大，且受力非常复杂。

如果转台设计不合理，不仅会引起开裂、变形等故障，导致上车失衡，甚至引起严重的安全事故。

a开裂情况 b开裂部位图1转台开裂情况2转台结构受力分析为了分析转台受力情况，我们用Workbench有限元方法对结构进行受力计算。

通过分析，对已经出现开裂转台提出了有效边缘加固方案，并对后续机型提出了优化改进方案。

为减少计算工作量，提升仿真效率，对转台结构及其边界条件进行了合理简化。

有限元模型采用实体单元，网格划分采用六面体为主（Hex Dominant)方法，网格尺寸为15mm，重点分析部位网格进行优化、细分，有限元模型及分析方法如图2所示。

固定条件（Fix Support)以转台底面的回转支承连接的一圈固定螺栓给予固定约束。

受力（Force)以转台上动臂下绞接点/I及动臂缸下支撑点S的孔施加载荷。

载荷方向如图3 所示。

其中上铰点力/1的水平分力为2225202N,竖直分力为 519813N;下铰点B的水平分力为-2225202N,竖直分力为 -668969N。

从图2的等效应力云图中可以看出，转台立板尖点处存图2对转台进行有限元模型及分析在较大的应力集中现象，最大应力达到了 1136.4MPa,超出/结构的许用应力，因此造成该转台受力结构局部开裂。

ANSYS结构分析指南断裂力学

ANSYS结构分析指南第四章断裂力学4.1 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。

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。

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。

ANSYS workbench 裂纹分析