ANSYS断裂分析
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 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。
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]。
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
—
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。
ansys分析报告
ansys分析报告ANSYS分析报告。
一、引言。
本报告旨在对ANSYS进行全面的分析和评估，以便更好地了解其性能和应用范围。
ANSYS是一种广泛应用于工程领域的有限元分析软件，通过对其进行深入研究和分析，可以帮助工程师们更好地应用该软件进行工程设计和分析。
二、软件概述。
ANSYS是一种基于有限元分析理论的工程仿真软件，其功能涵盖了结构分析、流体动力学分析、热传导分析等多个领域。
通过ANSYS软件，工程师可以对各种工程结构和系统进行仿真分析，以评估其性能和稳定性。
三、功能特点。
1. 结构分析，ANSYS可以对各种结构进行静力学和动力学分析，包括线性和非线性分析，以及疲劳和断裂分析。
这使得工程师可以更加全面地评估结构的强度和稳定性。
2. 流体动力学分析，ANSYS可以模拟流体在复杂几何形状中的流动情况，包括湍流、层流等各种流动状态。
这对于设计液体管道、风力发电机等工程系统具有重要意义。
3. 热传导分析，ANSYS可以模拟材料的热传导性能，包括传热、热对流、热辐射等多种热传导方式。
这对于设计散热器、热交换器等热工系统至关重要。
四、应用案例。
1. 结构分析，使用ANSYS对一座桥梁进行有限元分析，评估其在不同荷载条件下的变形和应力分布，为桥梁设计提供重要参考。
2. 流体动力学分析，使用ANSYS对一台风力发电机进行气流仿真，评估其叶片在不同风速下的受力情况，为风力发电机的设计提供优化方案。
3. 热传导分析，使用ANSYS对一台电子设备进行热仿真，评估其在长时间工作状态下的散热效果，为电子设备的散热设计提供技术支持。
五、结论。
通过对ANSYS软件的分析和评估，我们可以得出结论，ANSYS具有强大的功能和广泛的应用范围，可以帮助工程师们进行结构、流体和热传导等多个领域的仿真分析。
在工程设计和优化过程中，ANSYS将发挥重要作用，为工程师们提供更多的技术支持和优化方案。
希望本报告对大家对ANSYS软件有更深入的了解和认识，并能够更好地应用于工程实践中。
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。
基于ANSYS的焊接箱形梁裂纹断裂分析
工具 ，模拟焊接箱形梁裂纹扩展 ，并采用奇异单元计算在 不 同长度初始 裂纹下起 重机焊 接箱形梁 应力强 度因子
前 ５ ％提高 到 了 ７ ． ％ 。 ７ ９８
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ｃ ｅ ｉ ｇ ｆｔ ｅ ２ ０ ｎ ｅ ｉ ｌｔ ｎ ｃ ｎｅ ｅ ｃ ｅ ｄ ｎ ｓ ｏ ｈ ０ ２ ｗｉ ｔｒ ｓ ｍｕ ａ ｉ ｏ ｆｒ ｎ ｅ，２ ０ ｏ ０ ２：
２ ５０ —２ ５２．
作
者 ：王
峰
４ 结 论
生产 是企 业 的 中心 环 节 ，更 是 企 业 利 润 的 主
根 据各 工 序 的 生 产 时 间 ，对 生 产 线 的仿 真模
要来 源 。在 激 烈 竞 争 的 大 环 境 下 ，市 场 环 境 的变
化 同车 间制 造 生 产 模 式 的发 展 联 系更 加 紧 密 。本 文所描 述 的基 于 Ｆｅｓ ｌｘｉ 产 线 管理 与 成 本控 制 模 ｍ生 型 ，能够直 观地 为生 产 管 理 和成 本 控制 提供 服 务 ， 有助 于车 间管 理 人 员 准 确地 找 到生 产 瓶 颈 ，减 少 生产过 程 中 的浪 费 ，最大 限度地 提 高企业利 润 率 。
金 属 结 构 的疲 劳 过 程 一 般 包 括 裂 纹 萌 生 、裂 纹 扩展 和 失 稳 断 裂 ３个 阶 段 。对 于 焊 接 箱 形 梁 ，
圆孔裂纹板K值Ansys分析报告
2
2.5
3
KⅠ/MPa mm1/2
25.164
29.551
34.492
KⅡ/MPa mm1/2
1.8365
2.1399
2.4120
使用origin绘制应力强度因子随a的变化曲线，如图4。
从曲线图中可以看出，应力强度因子KⅠ、KⅡ随a值增加而增大。说明应力强度因子与裂纹长度呈正相关，裂纹越长则裂纹尖端应力强度因子越大。
2、绘制应力强度因子随几何参数的变化曲线。
3、列出必要的参考文献。
图1含两圆孔和倾斜裂纹矩形板受垂直拉伸载纹尖端的应力场为：
I型裂纹尖端的位移场为：
其中：
同理，对II型裂纹尖端的应力场：
显然，位移场和应力场均可以表示成应力强度因子的形式。通过对裂纹尖端的应力应变场分析来求解对应的应力强度因子，便是传统有限元求解应力强度因子的原理。而对于I、II复合型裂纹尖端的应力强度因子，可通过它们的叠加获得。
计算应力强度因子常用方法有3大类：解析法、数值计算法和工程计算法。解析法分为复变函数法和积分变化法。解析法只能计算简单问题，大多数问题需要采用数值计算法。数值计算法可分为有限元法、加权残差法、边界元法和权函数法。当前工程中广泛采用的数值解法是有限单元法。随着有限元法的发展，有限元在断裂力学中的应用越来越普及。近年来，计算机技术得到了迅猛发展，许多功能强大的有限元软件也相继问世，大型通用有限元程序就是当前工程中应用最广泛的有限元软件之一。
[4]陆建飞,沈为平,杨辉.半平面多圆孔多裂纹反平面问题[J].上海交通大学学报,1998,32(11):67
[5]陈芳,王生楠.Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的应力强度因子有限元计算分析[J].机械设计与制造,2009(8):20-21
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)。
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。
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。
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
ANSYS 断裂力学新功能之SMART自适应裂纹萌生分析
文章来源：安世亚太官方订阅号（搜索：Peraglobal）裂纹扩展是指材料在外界因素作用下裂纹萌生、生长的动态过程。
对于不考虑奇异性的裂纹扩展分析，需要定义准则来确定裂纹萌生的初始位置。
新版本中使用SMART（分离、变形、自适应和重划分网格技术）分析裂纹扩展时增加了最大主应力准则去评估裂纹萌生的时间和位置。
当满足该准则时，裂纹自动以椭圆的形状（目前只支持椭圆裂纹）和适当的尺寸插入到定义的裂纹区域，然后程序进行下一步的裂纹扩展计算。
以一个简单的demo来描述SMART自适应裂纹萌生分析的计算步骤:1、创建分析模型如图示紧凑拉伸试样，一端固定，上下圆孔给定100N拉力，预测产生I形裂纹，最大主应力位置在开口前沿。
图1 计算模型2、建立裂纹产生区域节点组件图示模型中选择最大主应力前沿一排节点作为裂纹产生区域的节点组件，并命名为CrkInitZone。
图2 裂纹产生区域节点组件3、对模型进行初步分析，最大主应力为61.5MPA，设定产生裂纹的临界主应力为60MPA图3 没有裂纹时分析，最大主应力云图4、在分析中插入如下命令流，定义裂纹产生准则和裂纹扩展计算选项!! 定义最大主应力作为裂纹萌生准则，注意单位制TB,CRKI,1TBDATA,1,60!! TB,CRKI,MAT_ID,NTEMP,NPTS!! TBDATA,1,Par1!!其中Par1是临界最大主应力值;CRKI,自适应裂纹萌生准则;MAT_ID材料编号!! 通过ADPCI（adaptive crack initiation）在裂纹产生区域节点组件自动生成椭圆裂纹ADPCI,DEFINE,1,CrkInitZone,1,ELLIPSE!! ADPCI,DEFINE,CIID,CompName,MAT_ID,CRACKGEOM!!其中CIID是ADPCI编号。
“CompName”为裂纹产生区域节点组件名称。
MAT_ID将临界值(通过TB、CRKI定义)与裂纹萌生数据记录连接起来。
补充材料一断裂力学ansys方法课件
断裂力学ANSYS方法的应用总结
断裂力学ANSYS方法在结构分析中具有广泛的应用，能够模拟复杂的断裂和损伤行 为，为工程设计和安全评估提供重要依据。
该方法在材料、机械、航空航天、土木工程等领域得到广泛应用，为解决实际工程 问题提供了有效的手段。
断裂力学ANSYS方法在模拟复杂断裂和损伤行为方面具有较高的精度和可靠性，但 也需要考虑模型的简化、边界条件的设置等因素对模拟结果的影响。
03
CATALOGUE
ANSYS软件介绍
ANSYS软件概述
01
全球领先的高级工程仿真软件
02 广泛应用于航空、航天、汽车、电子、材料、土 木等领域
03 提供结构、流体、热、电磁等多物理场仿真功能
ANSYS在断裂力学分析中的应用
模拟裂纹的萌生和扩展过程
1
2
评估材料的断裂韧性、应力强度因子等参数
预测结构的断裂行为和寿命
总结词：通过ANSYS软件对金属材料进行断裂 分析，研究其断裂行为和机理。
01
02
详细描述
建立金属材料的有限元模型，并进行网格 划分。
03
04
定义材料属性，包括弹性模量、泊松比和 断裂韧性等。
施加边界条件和载荷，模拟金属材料在不 同条件下的断裂行为。
05
06
分析断裂过程中应力、应变和位移等参数 的变化情况。
断裂力学在工程中的应用
航空航天
飞机和航天器的结构中存在许多裂纹，断裂力学的应用有助于提 高其安全性和可靠性。
船舶
船舶的结构和材料在海洋环境中容易受到腐蚀和损伤，断裂力学的 应用有助于提高其耐久性和安全性。
核能
核反应堆和核电站中的压力容器、管道等设备需要承受高温、高压 和放射性环境，断裂力学的应用有助于确保其安全运行。
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。
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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。
·围绕裂纹尖端或裂纹前缘的单元一定是二次单元，并且他的中间节点在四分之一边处。
这样的单元也称作为奇异单元。
图3 计算裂纹的常用单元
如图所示，即为满足要求的奇异单元。
3.2 如何建立二维线弹性断裂模型
对于二维断裂问题，推荐使用PLANE183，他是一个8结点二次实体单元。
围绕裂纹尖端第一行单元一定要是奇异的。
具体解释参见图3，利用前处理命令KSCON(Main Menu> Preprocessor> Meshing> Size Cntrls> Concentrat KPs> Create)，这个命令会给围绕关键点划分单元，这个命令特别适用分析断裂力学问题。
它可以在裂纹尖端自动产生奇异单元。
并且可以利用命令可以控制围绕裂纹尖端第一排单元的半径，和圆周方向上单元的数量。
图4 二维断裂问题的模型示例
图4给出了利用KSCON.产生的裂纹尖端奇异单元范例。
要尽量的利用模型的对称性。
为了得到较好的结果，围绕裂纹尖端的第一行单元的半径至少是裂纹半长的1/8。
在圆周方向，推荐每隔30或44度放置一个等腰三角形。
3.3 计算应力强度因子
利用后处理中KCALC命令计算混合型应力强度因子KⅠ，KⅡ和KⅢ。
(Main Menu>General Postproc> Nodal Calcs> Stress Int Factr)。
这个命令只能用于计算线弹性均匀各向同性材料的裂纹区域。
为了使用KCALC必须按照以下步骤：
1、定义裂纹尖端或裂纹前缘局部坐标系
X轴一定要平行于裂纹面。
（3D中垂直于裂纹前缘）并且y轴垂直于裂纹面。
图2给出了示意。
注意--当使用 KCALC 命令时，坐标系必须是激活的模型坐标系[CSYS]和结果坐标系[RSYS]。
Utility Menu> WorkPlane> Local Coordinate Systems> Create Local CS> At Specified Loc
2、定义沿着裂纹面的路径
定义沿裂纹面的路径，应以裂纹尖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，这两个点都沿裂缝面；对于整体裂纹模型，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。
命令：PATH，PPATH
GUI：Main Menu>General Postproc>Path Operations>Define Path
3、计算应力强度因子
KCALC命令中的KPLAN域用于指定模型是平面应变或平面应力。
除了薄板的分析，在裂纹尖端附近或其渐近位置，其应力一般是考虑为平面应变。
KCSYM 域用来指定半裂纹模型是否具有对称边界条件、反对称边界条件或是整体裂纹模型。
4 计算实例
本文采用平板作为计算实例，材料为线弹性，板的厚度为0.003m，板长0.05m，板宽0.01m,弹性模量：2E11Pa,泊松比为0.3。
图5 裂纹尖端的有限元网格图6 模型的边界条件
裂纹尖端采用plane183奇异单元，来划分裂纹尖端网格，如图5所示。
图6给出了模型的边界条件：平板的两端承受1e7pa的拉应力。
图7 裂纹尖端的等效应力云图图8 裂纹尖端的应力强度因子
图7给出了裂纹尖端的等效应力云图，通过计算结果可知裂纹面的应力为低应力区，裂纹尖端存在应力集中。
图8给出了裂纹强度因子的计算结果，这个结果与理论值相比满足误差要求。
5 结论
通过以上分析和计算可以得到以下结论：
（1）ANSYS提供了断裂计算的能力，并且可以提供较准确的计算结果
（2）ANSYS的裂纹奇异单元可以很好的反映出裂纹尖端的奇异性。