ABAQUS计算J积分细节

ABAQUS计算J积分细节

Abaqus计算J积分，主要是指派裂纹及定义裂纹的方向，同时在step中的历程

模型：10×50

裂纹：定义一个尖端；另一方面指明裂纹的扩展方向（1.0,0.0），说白了就是X

积分数值,图中输入10，则输出10个J积分值

计算包含裂纹尖端的包络区域的面积即为J积分

避开裂纹尖端塑形区域的不可计算的特性。同时J积分的计算数值与积分路径无

从以上图例可以看出J积分数值区域稳定。

疑问：为何计算多个积分点，是否最后的稳定数值就是需要计算的J积分数值？J积分应该是数值，而不是多个不同的数值。我个人觉得最后的稳定数值应该是需要计算的积分数值。

从dat文件到inp文件，找到积分区域。

pickseted12以及pickseted13都是节点4，坐标如图所示，在cad模型中的位置如箭头指向，即裂纹尖端。

详细的需要看一下abaqus帮助文档，关于J积分的计算细节。积分点的个数的意义我还没有搞清楚。

对于应力强度因子K，表征裂纹尖端受力的一个参量，在裂纹尖端的应力场的一定范围内，不同的节点计算数值大体是相同的。

计算应力强度因子：可以利用abaqus直接输出，也可以利用公式计算应力强度因子，以下为利用有限元法计算应力强度因子：

计算应力强度因子：

从上图可以看出，计算应力强度应力的点与计算J积分的点是一致的。Abaqus计算的应力强度因子为裂尖处的应力强度因子。下面我们利用有限元法计算y=0处的应力强度因子，最后外推到裂尖处的应力强度因子。选取不同的半

Abaqus计算J积分注意事项：

(1)一、Interaction模块

1.1 预制裂纹（步骤：菜单/special/crack/assign seam）

注意：并不是作裂纹分析都要定义seam，如果你的裂纹不是一条缝，而是一个缺口，则不需要assign seam，直接走下一步（定义裂纹）就行。

1.2 创建裂纹（步骤：菜单/special/crack/create，type：contour integral）

—crack front：crack front是用来定义第一围线积分的区域，2D下我们可以选择包围裂尖点的面，3D则选择包围裂尖线的面；另外还有一种定义crack front的方法，就是直接选择裂尖点（2D）或裂尖线3D），用这个方法定义crack front不需要再定义下一步的crack tip/line，比较简便，两种方法算出的结果没有明显的差别，其实只是影响积分路线的问题，但是J积分值是路径无关的，看个人喜好吧

—crack tip/line：这个比较好理解就是裂尖点（2D）或线（3D），如果我们在上一步中用方法二定义crack front，这一步就直接跳过了

—crack extension direction（定义裂纹扩展方向）：这里定义的其实是一个虚拟的裂纹扩展方向，定义了这个参考方向后，我们才能通过输出的角度判断裂纹扩展方向，可以通过两种方法：

（1）q vector：输入一个方向，用来作为计算裂纹的扩展方向的参考方向；

（2）normal to crack plane：crack plane表示裂纹的对称面（当裂纹在一个平面内时，可能需要分开定义多个裂纹），这种方法下我们只需定义裂纹面的法线方向，通过（t表示裂纹尖端的切线）, 会在每个节点得出一个q方向；

（3）注意：q的方向对输出的应力强度因子，J积分等都会有影响，一般情况下，q最好在裂纹平面内，且垂直于裂尖线的切线，否则算出的应力强度因子，J积分值等等在不同围线积分中会差别较大。

二、step模块

定义好了裂纹相关参数后，我们需要返回step模块定义输出变量：

步骤：菜单/output/history output requests/create，domain：crack，可以输出的值包括：J-integral，Ct-integral，stress intensity factor，T-stress

—J-integral ：用于应变率无关材料的准静态分析过程，包括线弹性，非线性弹性，弹塑性材料（单调加载工况）的静态分析。J-integral的优点是和积分路径无关，从而可以避开尖端塑性区的影响。

—Ct-integral：用于蠕变分析（一般较少用到）

—应力强度因子：

（1）只能用于分析线弹性材料，表示裂纹尖端的应力场强度；

（2）有三个应力强度因子K1，K2，K3，分别对应于张开型，滑开型和撕开型裂纹的应力强度因子

（3）在输出应力强度因子时也会输出一个J-integral值，因为算法不同，这个值

和直接输出的J-integral会略有差异；

（4）方向判断准则：Maximum tangential stress（在dat文件中输出的MTS值就是通过这个准则算出的裂纹扩展方向），Maximum energy release rate（dat中用MERR表示），K2=0（dat中的K20）

—T-stress（表示裂纹尖端平行于裂纹面方向的应力