裂纹尖端应力强度因子的计算

裂纹尖端应力强度因子的计算

图为一带有中心裂纹的长板，两端作用均布力，且p=1Pa ，结构尺寸如图所示，确定裂纹尖端的应力强度因子。已知材料的性能参数为：弹性模量E=2.06×1011Pa ，泊松比u=0.3

应力强度因子KI=p a π=025.01415926.3⨯=0.2802；现在利用有限元软件ansys 对其建模求解来确定其数值解与解析解进行比较。

一、建立模型

由于结构具有对称性，在利用有限元计算裂纹尖端应力强度因子时，取其四分之一的模型即可

1. 输入材料的参数和选取端元

FINISH

/CLEAR, START

/TITLE, STRESS INTENSITY-CTACK IN PLATE

H=1000 ！设置比例尺

/TRIAD, OFF ！关闭坐标系的三角符号 /PREP7

ET, 1, PLANE82, , , 2

MP, EX, 1, 2. 06E11

MP, NUXY , 1, 0.3 ！输入泊松比

2. 建立平面模型

RECTNG ,-25/H,50/H,0,100/H ！生成矩形面

LDIV ,1,1/3,,2,0 ！在1号线上生成裂纹尖端所处的位置

3．划分网格

为了方便裂纹尖端因子的计算，ansys软件专门提供了一个对裂纹尖端划分扇形单元的命令，即：“kscon”。其命令流如下：

LESIZE, 2,,,15,,,,,1 ！对线指定单元个数

LESIZE, 4,,,15,0.3,,,,1

LESIZE, 3,,,12,,,,,1

KSCON,5,3.5/H,1,8 ！对裂纹尖端所在的位置划分扇形单元ESIZE,3/H,0,

AMESH,1

FINISH

4．加载和求解

由于结构具有对称性，在施加边界条件时，可采用在线上施加对称约束即可。其命令流如下：

/SOLU ！进入求解器

DL,5,,SYMM

DL,4,,SYMM

SFL,3,PRES,-1 ！在3号线上施加布力

OUTPR,ALL

SOLVE

FINISH

5．后处理

在计算完成后，即可进入后处理器观察分析结果。

利用位移外推法来计算裂纹尖端的应力强度因子，其中观察分析结结果的命令流如下：

/POST1

PLNSOL,U,SUM,0,1

/IMAGE,SA VE,USUM,BMP ！将当前的总位移分布图采用位图的方式保存在当前目录下以usum为位图文件名

PLNSOL,S,EQV,0,1！显示mises应力分布图

/IMAGE,SA VE,SEQV,BMP ！将当前的mises应力图采用位图的方式保存