有限元断裂模拟(动图)

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。

半轴齿轮的ABAQUS有限元模拟实验

Vol. 33,No. 1Mar. 2021第33卷第1期2021年3月河南工程学院学报（自然科学版）JOURNAL OF HENAN UNIVERSITY OF ENGINEERING 半轴齿轮的ABAQUS 有限元模拟实验徐滨（合肥职业技术学院机电工程学院，安徽合肥238000 ）摘要：车桥半轴齿轮是差速器的重要组成部分,在差速器工作中扮演着十分重要的角色。

针对断裂的半轴齿轮进行断口形貌、成分及硬度分析，并结合有限元模拟分析齿轮失效的原因。

结果表明：齿轮渗碳层厚度约0.8 mm,渗碳层显微组织主要为硬度较高的针状马氏体和部分残留奥氏体，硬度达785. 1 N/mm 2 ,表面硬化处理与渗碳处理基本符合工况要求。

通过 ABAQUS 模拟发现半轴齿轮最易断裂处位于齿根最靠近边角的部位，与实际工况吻合。

关键词:半轴齿轮;模拟分析;失效分析;ABAQUS中图分类号:TB115 文献标志码:A 文章编号= 1674 - 330X （2021 ）01 -0059 - 03ABAQUS finite element simulation analysis of half shaft gearXU Bin（School of Mechanical and Electrical Engineering , Hefei Polytechnic University, Hefei 238000, China ）Abstract : Axle gears are an important part of the differential mechanism , and play a very important role in the work of the differ ential mechanism. In this paper, the morphology analysis , composition analysis and hardness analysis of the fractured half-shaft gear are earned out, and the cause of the gear failure is analyzed in conjunction with the finite element simulation analysis. The results show that the thickness of the carburized layer of the gear is about 0. 8 mm. The microstmcture of the carburized layer is mainly needle- shaped martensite with higher hardness and part of retained austenite. The hardness reaches 785. 1 N/mm 2. The surface hardening treatment and carburization treatment are basically meet the requirements of working conditions. Through ABAQUS simulation , it is f （）uncl that the most easily broken part of the half-shaft gear is located at the lowermost comer of the tooth root , which is consistent with the actual working condition where the fracture occurs.Keywords ：half-shaft gear ； simulation analysis ； failure analysis ； ABAQUS差速器的精度和可靠性是国内研究的难点。

基于Ls-Dyna软件2种材料模型的碳纤维复合材料层合板面内剪切有限元仿真

2020年12月第44卷第12期Vol.J4No.12Dec.202() MATERIALS FOR MECHANICAL ENGINEERINGDOI：10.11973/jxgccl202012016基于Ls-Dyna软件2种材料模型的碳纤维复合材料层合板面内剪切有限元仿真孟宪明'，钟正S程从前2,曹铁山S赵杰2,黄亚烽-吴瑶2(1.中国汽车技术研究中心有限公司，天津300300；2.大连理工大学材料科学与工程学院，大连116024)摘要：通过准静态单轴拉伸试验和面内剪切试验获取力学性能参数，采用Ls-Dyna软件中的纤维增强复合材料渐进损伤模型和复合材料层合板连续损伤模型模拟碳纤维复合材料层合板在面内剪切载荷作用下的力学响应和破坏模式，对比了2种模型的适用性。

结果表明：在面内剪切过程中的初始线弹性阶段,2种模型都能较好地模拟出碳纤维复合材料层合板的力学特性。

随着载荷的持续增大，渐进损伤模型的载荷-位移仿真曲线依旧呈线性上升，到达载荷峰值后迅速下降，与试验曲线存在很大偏差；连续损伤模型由于引入了损伤参数，当材料出现损伤后.其载荷-位移仿真曲线呈非线性，与试验曲线吻合良好。

关键词：碳纤维复合材料；连续损伤模型；渐进损伤模型；损伤参数中图分类号：TB332文献标志码：A文章编号：1000-3738(2020)12-0085-06Finite Element Simulation of In-plane Shear of Carbon Fiber ReinforcedPlastic Laminates with Two Material Models of LS-DYNA SoftwareMENG Xianming1.ZHONG Zheng2.CHENG Congqian2,CAO Tieshan2.ZHAO Jie2,HUANG Yafeng*,WU Yao2(1.China Automotive Technology&Research Center Co.,Ltd.,Tianjin300300,China；2.School of Materials Science and Engineering,Dalian University of Technology»Dalian116024,China)Abstract:The progressive failure model of fiber reinforced plastics and the continuous damage model of composite laminate of the Ls-Dyna software were applied to simulate the mechanical response and damage modes of carbon fiber reinforced plastic laminates under in-plane shear loads,with the mechanical parameters obtained by quasi-static uniaxial tensile and in-plane shear tests.The applicability of the two models was compared.The results show that in the initial linear elastic stage during in-plane shearing,the two models could simulate the mechanical characteristics of the carbon fiber r&nforced plastic laminates.As the load continued to increase,the loaddisplacement simulation curve obtained by the progressive failure model still rose linearly,and dropped rapidly after reaching the load peak；the simulation curve had a large deviation from the test curve.When the material was damaged,because of the introduction of damage parameters,the load-displacement simulation curve obtained by the continuous damage model was nonlinear,which was in good agreement with the test curve.Key words:carbon fiber reinforced plastic；continuous damage model；progressive failure model；damage parameter收稿日期：2020-08-05；修订日期：2020-11-27基金项目：国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项项目（2O16YFBO1O16O2）作者简介:孟宪明（1980—）,男，山东济南人，高级工程师•博士通信作者:赵杰教授0引言碳纤维复合材料（CFRP）作为一种比强度高、比刚度高、耐腐蚀性能较强的轻量化材料，广泛应用于汽车、航空航天、军工武器、高速动车等方面口切。

ABAQUS平台的扩展有限元方法模拟裂纹实现

ABAQUS平台的扩展有限元方法模拟裂纹实现1.1 扩展有限元方法（XFEM）在ABAQUS上的实现ABAQUS中XFEM的实现，两个步骤最为关键：1、选择模型中可能出现的裂纹区域，将其单元设为具有扩展有限元性质的enrichment element.2、其次重要的是选择恰当的破坏准则，使单元在达到给定的条件破坏，裂纹扩展。

在ABAQUS中模拟裂纹扩展的操作中，需要注意的是：1、在Property模块，添加损伤演化参数、破坏法则、损伤稳定性参数2、在Interaction模块，主菜单Special中创建XFEM的enrichment element对于固定的裂纹模型，采用ABAQUS/STANDARD中使用奇异渐进函数。

针对移动的裂纹问题，在XFEM中，有一种方法基于traction-separation cohesive behavior，即使用虚拟节点连续片段法进行移动裂纹建模，ABAQUS/STANDAR D 中用于计算脆性或韧性材料的裂纹初始化和扩展过程的模拟。

另外一种cohesive segments method (粘性片段方法)可用于bulk material中的任意路径的裂纹初始化模拟扩展过程，由于裂纹扩展不依赖于单元边界，在XFEM中，裂纹每扩展一次需要通过一个完整单元，避免尖端应力奇异性。

除此之外，ABAQUS为拥护提供了自定义子程序，来满足不同建模的需要。

ABAQUS/STANDARD中的任意力学本构模型均可用来模拟扩展裂纹的力学特性。

由于XFEM采用的形函数在求解过程中，很容易造成逼近线性相关，极大的增加了收敛难度，到目前为止，能够实现扩展有限元的商业软件只有ABAQUS，但是ABAQUS为了减少求解难度，做了大量简化，因此用ABAQUS 扩展有限元模拟裂纹扩展时，有一些局限[16]：1.扩展单元内不能同时存在两条裂纹，所以ABAQUS不能模拟分叉裂纹；2.在裂纹扩展分析过程中，每一个增量步的裂纹转角不允许超过90度；3.自适应的网格是不被支持的；4.固定裂纹中，只有各向同性材料的裂纹尖端渐进场才被考虑。

断裂过程的有限元模拟

第14卷第4期计算力学学报V ol.14N o.4 1997年11月CHIN ESE JOU R N AL O F CO M PU T A T IO N A L M ECHA N ICS N ov.1997断裂过程的有限元模拟*杨庆生杨　卫(北方交通大学土木建筑系,北京,100044) (清华大学工程力学系,北京,100084)　摘　要　讨论了材料断裂过程的有限元模拟技术。

基于自适应有限元法的一般原理,并针对多相材料的裂纹扩展的特点,提出了一种简化的高精度和高效率有限元网格的动态重新划分策略。

裂纹被假设沿着单元之间的路径连续扩展,利用节点力释放技术生成新的裂纹自由表面,发展了一种可随裂尖连续移动的网格动态加密和释放方法。

这种方法已在各种裂纹问题中得以实现与应用。

关键词　断裂;裂纹扩展;网格重划分;有限元法;数值模拟分类号　O346.1;O242.211　引言研究超大规模系统的复杂发展过程是现代化计算力学的主要特征之一。

例如在固体力学中的材料大变形的损伤起始与演化问题,复合材料等新型材料中的裂纹传播问题,相变过程中的边界移动问题等,都要经历一个很长的过程,而在此变形过程中,有可能随机性地出现新的裂纹、损伤甚至新的材料相等。

目前已有各种相应的本构理论来描述这些现象,却给数值计算和模拟带来了新的问题。

有限元方法仍然是有希望解决这些问题的强有力的工具。

现在的有限元计算与过去相比已经发生了很大变化,在过去,有限元分析的目的往往是为了得到一个满意的最终结果,随着计算环境的改善和实际问题的客观要求,有限元分析正在转向整个结构和一个发展过程的全程分析,这种由一点一时的状态计算到整个空间和时间上的全程模拟是有限元法的一个重大发展和应用。

这样就要发展与之相应的网格划分策略和计算模拟方法。

本文主要研究裂纹的扩展问题,通过网格动态重新划分和扩展准则、节点力释放等主要环节来说明有限元模拟技术的发展,最后给出这些技术的评价和可能的应用领域。

裂纹扩展的扩展有限元(xfem)模拟实例详解

基于ABAQUS 扩展有限元的裂纹模拟化工过程机械622080706010 李建1 引言1.1 ABAQUS 断裂力学问题模拟方法在abaqus中求解断裂问题有两种方法（途径）：一种是基于经典断裂力学的模型；一种是基于损伤力学的模型。

断裂力学模型就是基于线弹性断裂力学及其基础上发展的弹塑性断裂力学等。

如果不考虑裂纹的扩展，abaqus可采用seam型裂纹来分析(也可以不建seam，如notch型裂纹)，这就是基于断裂力学的方法。

这种方法可以计算裂纹的应力强度因子，J积分及T-应力等。

损伤力学模型是指基于损伤力学发展而来的方法，单元在达到失效的条件后，刚度不断折减，并可能达到完全失效，最后形成断裂带。

这两个模型是为解决不同的问题而提出来的，当然他们所处理的问题也有交叉的地方。

1.2 ABAQUS 裂纹扩展数值模拟方法考虑模拟裂纹扩展，目前abaqus有两种技术：一种是基于debond的技术（包括VCCT）；一种是基于cohesive技术。

debond即节点松绑，或者称为节点释放，当满足一定得释放条件后（COD 等，目前abaqus提供了5种断裂准则），节点释放即裂纹扩展，采用这种方法时也可以计算出围线积分。

cohesive有人把它译为粘聚区模型，或带屈曲模型，多用于模拟film、裂纹扩展及复合材料层间开裂等。

cohesive模型属于损伤力学模型，最先由Barenblatt 引入，使用拉伸-张开法则（traction-separation law）来模拟原子晶格的减聚力。

这样就避免了裂纹尖端的奇异性。

Cohesive 模型与有限元方法结合首先被用于混凝土计算和模拟，后来也被引入金属及复合材料。

Cohesive界面单元要服从cohesive 分离法则，法则范围可包括粘塑性、粘弹性、破裂、纤维断裂、动力学失效及循环载荷失效等行为。

此外，从abaqus6.9版本开始还引入了扩展有限元法（XFEM），它既可以模拟静态裂纹，计算应力强度因子和J积分等参量，也可以模拟裂纹的开裂过程。

储层古构造应力场模拟预测裂缝技术及其应用

储层古构造应力场模拟预测裂缝技术及其应用蔡泽训【摘要】According to the area structural evolution from geologic and seismic data analysis, the numerical simulation conversion outcome for palaeotectonic stress field is presented, further it is restored, thus the formation fracture prediction can be obtained, on basis of the systematic core observation and fracture discrimination by well logging. In terms of origin, the fracture prediction has been undertaken by means of establishing geological model for palaeotectonic stress calculation, taking the Dayi structure in Chuanxi sag and the Xinchang tectonics Xuer section for example. The comprehensive analysis indicates that this method is quite effective after the forecast results are compared with the actual data.%根据地质及地震资料分析区域构造演化,在系统的野外岩心观测及测井裂缝识别的基础上,通过古构造应力场数值模拟反演,恢复古构造应力场,从而进行储层裂缝预测.以川西坳陷大邑构造、新场构造须二段为例,通过建立地质模型进行古构造应力计算,从裂缝的成因着手进行裂缝预测.将预测结果与实际资料进行对比,综合分析认为,这是一套行之有效的裂缝预测方法.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2013(013)002【总页数】5页(P446-449,456)【关键词】古构造应力场;裂缝预测;储层;川西坳陷【作者】蔡泽训【作者单位】中石化西南石油局地质录井公司,绵阳621000【正文语种】中文【中图分类】TE122.23近年来，在石油地质领域，碎屑岩储层中寻找裂缝发育规律，碳酸盐岩中识别裂缝、孔洞是目前攻关的难题和重点。

5052铝合金冲压成形过程中韧性断裂的仿真研究

5052铝合金冲压成形过程中韧性断裂的仿真研究余海燕;王友【摘要】对5052铝合金进行单向拉伸试验，使用试验曲线拟合Voc e模型参数。

观察拉伸试样断口形貌，并使用光学显微镜测量拉伸试样断口的最小厚度。

结合单向拉伸仿真和试验结果，求解得到Cockcroft-Latham 韧性断裂准则中的材料参数。

将Voce 模型和Cockcroft-Latham 韧性断裂准则引入球头胀形仿真，并进行试验对比。

结果表明：采用该拟合的Voce 模型和Cockcroft-Latham韧性断裂准则预测所得零件开裂位置和裂口形状与试验结果吻合，采用的基于有限元仿真与简单试验相结合的材料参数反求方法具有求解方便、计算精度高的优点。

%The uniaxial tensile tests were conducted on 5052 aluminum alloy and Voce model parameters were determined by fitting with the experimental curves. The fracture surface was observed and the minimum thickness of it was measured with optical microscope. The material parameter of Cockcroft-Latham ductile damage criteria was achieved through uniaxial tensile simulation and test results. Voce model and Cockcroft-Latham ductile damage criterion were introduced into the numerical simulation of spherical bulging and simulation approach was employed to compare with the experimental results. The results show that the position and shape of the fracture surface simulated with Voce model and Cockcroft-Latham ductile damage criteria are in good agreement with the experimental ones. The method of material parameters identification based on finite element simulation and simple tests has high accuracy and can be applied conveniently.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】7页(P2975-2981)【关键词】铝合金;球头胀形;韧性断裂;数值模拟【作者】余海燕;王友【作者单位】同济大学汽车学院，上海 201804;同济大学汽车学院，上海 201804【正文语种】中文【中图分类】TG389铝合金由于具有密度低、耐腐蚀高、比强度高等特点，近来作为重要的轻质材料在汽车制造中被广泛使用[1-3]。

重力坝开裂过程扩展有限元数值模拟

重力坝开裂过程扩展有限元数值模拟靳旭;董羽蕙【摘要】扩展有限元法(XFEM)是一种求解不连续问题的数值方法.它继承了常规有限元法(CFEM)的所有优点,在模拟裂纹扩展、界面、复杂流体等不连续问题时特别有效,近十多年得到了快速发展.介绍了XFEM的基本原理,给出了进行混凝土裂纹扩展分析的方法.利用XFEM模拟混凝土重力坝裂纹扩展,通过对比有、无裂纹情况下的重力坝应力分布,分析裂纹存在对重力坝应力场分布的影响；分析裂纹扩展受网格疏密程度的影响；计算在不同岩基弹性模量下裂纹的扩展方向.%Extended finite element method(XFEM)is a numerical solution for analyzing discontimuity problem . It inherited all the advantages of the conventional finite element method (CFEM) , in the simulation of crack extension , interface, complex fluid and other discontinuities are particularly effective , in the past decade it has been rapid development. The basic theory of XFEM in introduced and the method of analyzing concrete fracture is presented. The XFEM is utilized to simulate the crack propagation in concrete gravity dam. By the contrast of stress distribution under no crack and crack circumstance of gravity dam the discipline of stress field distribution is analyzed; It is also used for influence of mesh density to crack propagation and is calculated the crack propagation direction in batholith elastic modulus.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2012(012)033【总页数】6页(P9100-9104,9109)【关键词】重力坝;扩展有限元法;裂纹扩展;网格疏密;弹性模量【作者】靳旭;董羽蕙【作者单位】昆明理工大学建筑工程学院,昆明650500;昆明理工大学建筑工程学院,昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TV313;TV642.3实际工程中，无论采用多么严格的裂缝控制措施，混凝土结构仍然会带裂缝工作。

扩展有限元法(XFEM)漫谈-我的XFEM学习经验分享

n mh
uxfem ( x ) N j ( x )u j N h ( x ) H ( x ) H ( xh ) ah
j 1 mt h 1
N k ( x ) Fl ( x ) Fl ( xk ) bkl k 1 l 1
4
mt
(2-4)
则 x 点的裂隙开度 w 为：
w n (uxfem ( x ) uxfem ( x ))
5 / 14
(2-5)
由于 N j ( x ) = N j ( x ) = N j ( x) ， x 和 x 位移的区别仅仅是 Heaviside 增强函数值和裂尖
(a)最大周向拉应力准则
6 / 14
(b) 加权平均最大主拉应力准则图 8. Mises 应力云图及裂缝扩展路径
2.6 假如不进行裂尖增强，则裂尖必须位移单元边界上比如，在商业软件 Abaqus 中使用 XFEM 进行裂纹扩展模拟时，由于 Abaqus 不对裂尖进行增强，而只有 Heaviside 增强，因此裂缝每步扩展都使得裂尖位于单元边界上。在自己编写扩展有限元程序时，也应按照这一规则。
(a) r sin

2
(b) r cos

2Байду номын сангаас
(c) r sin sin

2
(d) r sin cos

2
图 1. 裂尖增强函数 F1 至 F4 图像一个典型的裂缝增强例子见图 2。其中包含 6*9 = 54 个 FEM 节点，对应 54*2 = 108 个自由度； 22 个节点被增强，对应 92 个自由度（ { 8 个节点被裂尖增强*4+14 个节点被 Heaviside 增强=46）*2 = 92}。所以，图 2 所示模型的总自由度数目是 108+92 = 200。那么集成的系统整体刚度矩阵 K 的维度就是 200*200。

焊接过程的有限元模拟

分。基于 T型接头的埋弧焊工艺 ,采用高斯分布的热源函数作为表面热源 ,焊件熔池部分采用双椭球形热源分布函数作为内热源。
高斯函数分布的热源 [ 3 ]
q ( r) = qm exp
-
3
r2 R2
(1)
式中 : qm为加热斑点中心最大热流密度 ; R 为电弧有效加热半径 ; r为离电弧加热斑点中心的距离。
理论研究
熊震宇董洁谢雨田蒋海侠焊接过程的有限元模拟
67
2. 2 应力场模拟结果分析焊接过程的动态温度场计算结束后 ,进入 AN2
SYS的前处理器 ,将热单元转换为相应的结构单元 ,
设定计算热应力所需参数值后 ,热应力分析模块将自动完成整个焊接过程的动态热应力分布的计算。
南昌航空大学学报
Journal of Nanchang Hangkong University 自然科学版 …………Natural Science
q ( r)
6 =π3
3f1 Q /2 abcf
ex
p
-3
x2
y2
z2 2
a2 + b2 + c2f
(2)
在后半部分椭球内热源分布为
q ( r)
6 =π3
理论研究
熊震宇董洁谢雨田蒋海侠焊接过程的有限元模拟
65
热 ,将辐射换热的影响考虑到对流换热中 ; (4)忽略熔池内部的化学反应和搅拌、对流等
现象 [ 7 ] 。 1. 4 焊接热源的处理与施加
由于加热电弧是移动的 ,对于移动的实现 ,利用 ANSYS的 APDL语言编写子程序 ,采用离散的思想 , 进行多步循环来实现具体思路如下 :沿焊接方向将焊缝长度 L等分为 N 段 ,将各段的后点作为热源中心 , 在以电弧中心为圆心 ,半径小于电弧有效加热半径的区域内加载热源 ,每段加载后进行计算 ,计算时间为 L /V ,每一段的计算为一载荷步。当进行下一段加载 (即下一载荷步计算 )时 ,需消除上一段所加的热流密度 ,而且上一次加载所计算得到的各点温度值作为下一段加载的初始条件。如此依次在各点加载即可模拟热源的移动 ,实现移动焊接瞬态温度场的计算。 2 T型接头焊接的数值模拟结果及分析

基于粘结单元的空心钢管桩沉桩过程数值模拟

基于粘结单元的空心钢管桩沉桩过程数值模拟◎ 张琦桂劲松大连海洋大学通讯作者：桂劲松摘要：随着技术的发展，钢管桩在大型海洋工程结构中的应用越来越广泛。

利用ABAQUS 有限元软件模拟实际施工过程中空心管桩与土壤之间的相互作用，并利用粘结单元来模拟土的开裂和挤压行为，通过将模拟结果与实际施工过程进行比较，验证了模拟模型的可行性。

关键词：粘结单元；锤击沉桩；贯入度；有限元模拟如今在建筑工程领域里，钢管桩的应用颇为广泛。

钢管桩基础具有强度高、自重轻、施工快、制作运输方便等优势。

随着科技的发展，钢结构防腐技术也愈发成熟，这使得钢管桩也越来越多的在大型海洋工程结构中得以应用。

数值模拟可以通过建立模型反映实际工程中复杂的应力应变关系、空心管桩与土体的相互作用以及模拟实际情况下的施工过程，是研究和解决工程中受力和变形问题的有力工具。

1.粘结单元介绍在ABAQUS软件中，粘结单元适用于建模粘合剂、粘结界面、垫片和岩石断裂等[1]。

单元的本构响应取决于具体的应用，并基于对变形和应力状态的某些假设，这些假设适用于每个应用区域。

在以往的数值模拟中采用Mohr-Coulomb弹塑性模型模拟土的屈服准则，本文通过粘结单元模拟钢管桩在进入土后排土效应，运用A BAQUS软件建立大直径空心管桩连续锤击贯入模型，将管桩贯入模拟与实际工程进行对比来验证模型的可行性。

粘结单元的设置方式有两种，分别是在Par t模块中创建实体单元和在网格划分过后自动设置。

第一种方法需要在Par t模块中先创建实体单元，然后通过材料的赋予实体单元粘结模型的属性来设置粘结单元。

通常可以通过材料的力学参数，如剪切模量、泊松比、弹性模量等来设置粘结单元的属性。

在实际应用中，这种方法需要将粘结单元与实体单元进行Tie绑定，以保证粘结单元和实体单元的连通性和协同工作。

在这种情况下，应该注意调整材料参数和Tie约束条件，以保证模拟结果的准确性和可靠性。

另一种方法是在网格划分过后，通过A BAQUS自带的工具，选择需要设置粘结单元的面进行自动设置。

基于ANSYS有限元软件裂纹扩展模拟

基于ANS Y S有限元软件裂纹扩展模拟刘　莎3 张　芳(武汉铁路局武昌东站技术科)(十堰东风商用车研发中心) 摘　要　从能量释放率准则出发,用AN SYS软件作为平台,进行二次开发来模拟二维复合加载下裂纹的扩展。

裂纹扩展路径的模拟是模拟裂纹扩展中的难点。

重点描述了模拟裂纹扩展路径。

关键词　裂纹　能量释放率　裂纹扩展　Paris公式0　前言裂纹扩展有限元模拟研究涉及三个问题:理论基础、扩展控制参量及模拟方法。

理论基础直接影响有限元方程构成和具体实施的难易程度,应用全量理论还是增量理论;采用非线性弹性假设还是考虑扩展过程中能量耗散的真实弹塑性本构关系、屈服条件、小变形、有限变形或大变形理论等等。

就目前看来,研究主要以非线性弹性及小变形理论为主,且大多数采用V on M ises屈服准则,包括能量耗散在内的真实弹塑性及大变形理论的有限元研究者也有,但研究不很系统。

裂纹扩展控制参数与断裂理论发展及裂纹扩展测量技术有关。

扩展控制参数研究是目前弹塑性断裂问题有限元热门课题之一。

扩展模拟控制参数主要有下述几种:J R-∃a控制,J R -CTOA联合控制,载荷控制P-∃a及载荷线位移控制LLD-∃a,能量释放准则控制G-∃a。

在J R-∃a控制的实施过程中,J R阻力曲线作为材料特性,并假设与样本几何性及加载过程无关。

如上所述,此假设的合理性尚存在某些疑问,已有证据表明,当裂纹扩展量增大时, J R阻力曲线的样本几何依赖性明显增大。

尽管如此,在目前裂纹扩展有限元研究中,J R-∃a 控制仍是应用最广泛的方法之一,包括在裂纹扩展量大的情况下,其中原因之一是J R阻力曲线属于远场J,而远场的有限元实施具有相当的数值稳定性。

裂纹小量扩展后,CTOA基本保持常数的特性使J R-CTOA联合作为扩展准则具有潜在的发展前景,因为当J R-CTOA 联合使用时,可避开临界CTOA测量这个难点,即有限元实施时的小量扩展阶段应用J R-∃a控制,同时连续计算CTOA,当CTOA为常数开始点时,也几乎是J控制失效点,随后的裂纹扩展则用CTOA代替J R作为控制参数。

第6章--Simulation有限元分析【可编辑全文】

可编辑修改精选全文完整版目录第六章 Simulation有限元分析 (2)6.1 Simulation基础知识 (2)6.1.1 有限元法概述 (2)6.1.2 Simulation概述 (2)6.1.3 Simulation使用指导 (4)6.1.4 Simulation有限元分析的一般步骤 (8)6.2 SimulationXPress应力分析 (10)6.3 Simulation结构有限元分析 (16)6.3.1 轴静态分析 (16)6.3.2 夹钳装配体静态分析 (36)6.4 Simulation优化分析 (50)6.4.1 优化设计概述 (50)6.4.2 优化设计基础知识 (51)6.4.3 轴的优化分析 (51)6.5 小结 (59)第六章 Simulation有限元分析在制造业中，为了缩短产品设计周期，提高产品质量，广泛采用计算机辅助工程（Computer Aided Engineering,CAE），机械设计已逐渐实现了由静态、线性分析向动态、非线性分析的过渡，由经验类比向最优设计的过渡。

CAE在产品开发研制中显示出了无与伦比的优越性，使其成为现代企业在日趋激烈的竞争中取胜的一个重要条件，因而越来越受到科技界和工程界的重视。

在CAE技术中，有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是应用最为广泛、最为成功的一种数值分析方法。

SolidWorks Simulation即是一款基于有限元（即FEA数值）技术的分析软件，通过与SolidWorks的无缝集成，在工程实践中发挥了愈来愈大的作用。

6.1 Simulation基础知识6.1.1 有限元法概述有限元法（Finite Element Method，FEM）是随着计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法，是一种求解关于场问题的一系列偏微分方程的数值方法。

有限元分析的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

ANSYS有限元数值模拟在某开挖高边坡稳定性分析中的应用

________________________________________________________________________道路工程觀ANSYS模拟在某开挖高边坡稳定性的许容，王辉（安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽合肥246003）摘要：ANSYS有限元数值可以很好地模拟岩土体的力学性能，甚至通过选取适当的输入参数和计算模型,也能模拟出节理裂隙、软弱夹层、活动性断裂情形。

结合某开挖高边坡工程实例，利用ANSYS有限元软件，通过应力、变形以及能量计算分析边坡的稳定性。

关键词：ANSYS有限元;数值模拟;稳定性中图分类号：U416.1D4文献标识码：A DOI：10.13282/ki.wccst.2020.09.011文章编号：：673-4874（2020））9-0039-040引言边坡分析方多，常用的方法主要力、变形n量计算分析边坡性。

其采用矩阵分析模式,更加方程分析。

注意的土工程元分析时，不注重量值的大小，应更加注重应力的分布情况与相对的情况。

1边坡工程地质概况边坡南省境内,构造主要受北西向和近南北向构造控制！构造背分复杂。

该边坡区2#倾倒边坡冲沟下游侧1570-1840m高程处发育。

变形体表层覆盖有块石、碎石混粉土的坡积层;倾倒岩体主要为板岩（J h）；下伏基岩为变质火山角砾岩夹片理化变质凝灰岩（T3xd）。

2模型建立及数值模拟2.1有限元模型建立选取开挖边坡横剖面，该剖面正面开挖边坡，剖面线总长535m,前缘高程1540m,后缘高程1960m。

右岸边坡开挖至缆机，高程为1678m（见下页图1）。

剖面的二维的渗流插值的方式赋予网格中的各个节点,具体步骤如下：首先各个工况下的渗流场进行模拟,得出某刻的力图（见下页图2）。

提取图中各和力值,通过插值的方入ANSYS FLUENT模块中，使用TB、PM命令的和BQT义性。

然后，通过fluent输出中db格式文件，最导入ANSYS中。

水力压裂裂缝三维扩展 ABAQUS 数值模拟研究

水力压裂裂缝三维扩展 ABAQUS 数值模拟研究张汝生;王强;张祖国;孙志宇;林鑫【摘要】油井岩石的水压致裂过程是多孔介质下的流固耦合过程。

建立了水力压裂流体渗流连续性方程与岩石变形应力平衡方程，引入了二次正应力裂纹起裂及临界能量释放率裂缝延伸准则，考虑流体在裂缝面横向、纵向流动，采用有限元计算软件ABAQUS 中的 Soil 模块模拟岩石水力压裂的三维复合裂缝起裂与扩展。

通过其黏结单元设定裂缝延伸方向，编写用户子程序并嵌入 ABAQUS 主程序中，以确定初始地应力场、渗流场、随深度变化的孔隙度及随时间变化的滤失系数。

从数值模拟结果可以得到水力压裂泵注不同时刻裂缝几何形态、缝内压力分布、岩石变形及其应力分布、孔隙压力分布、压裂液滤失量以及压裂液流体特性、排量、上下隔层应力差、滤失系数等参数对裂缝几何尺寸的影响。

【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】4页(P69-72)【关键词】水力压裂;裂缝扩展;流固耦合;ABAQUS有限元;数值模拟【作者】张汝生;王强;张祖国;孙志宇;林鑫【作者单位】中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京 100083;中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京 100083;中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京 100083;中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京 100083;中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TE319裂缝扩展几何形态是水力压裂设计中需要考虑的一个重要因素，对裂缝延伸范围的正确预测可以合理选择压裂施工参数，并对产能进行准确评估。

随着压裂优化设计技术的发展，压裂裂缝延伸数值模拟模型也从二维发展到拟三维，直到目前的全三维模型［1-5］。

对这些模型的数学求解大多采取有限差分格式，且计算过程中假设岩石为线弹性材料而不是弹塑性孔隙材料，这样必然与实际情况有较大偏差。

断裂力学分析

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１０-１０９所示。

图10-109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r而变化，r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/r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１０-１１０表示２Ｄ和３Ｄ模型的奇异单元。

图10-110对２Ｄ断裂模型推荐采用ＰＬＡＮＥ２单元，其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，如图１０-１１０（ａ）所示。

ＰＲＥＰ７中ＫＳＣＯＮ命令（ＭａｉｎＭｅｎｕ＞Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ＞ＭｅｓｈｉｎｇＳｈａｐｅ＆Ｓｉｚｅ＞ＣｏｎｃｅｎｔｒａｔＫＰｓＣｒｅａｔｅ）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１０-１１１显示用ＫＳＣＯＮ命令产生的断裂模型。

图10-111建立２Ｄ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，如图１０-１１２所示。

图10-112●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°。

●裂纹尖端的单元不能有扭曲，最好是等腰三角形。

３Ｄ断裂模型３Ｄ模型推荐使用的单元类型为二十节点块体单元ＳＯＬＩＤ９５，如图１０１１０（ｂ）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３Ｄ断裂模型要比２Ｄ模型复杂，ＫＳＣＯＮ命令不能用于３Ｄ模型，必须保证裂纹前缘沿着单元的ＫＯ边。

建立３Ｄ断裂模型的建议如下：●推荐的单元尺寸与２Ｄ模型一样。