计算应力强度因子实例

《ANSYS12.0结构分析工程应用实例解析第3版》连载14

发表时间：2012-5-16 作者: 张朝辉来源: 机械工业出版社

关键字: ANSYS 复合材料结构分析

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8.2 结构断裂分析实例详解——二维断裂问题

8.2.1 问题描述

图8.5所示为一断裂试样结构示意图，厚度为5mm，试计算其应力强度因子。

试样材料参数：弹性模量E=220GPa；泊松比n=0.25；载荷P=0.12MPa

8.2.2 问题分析

由于长度和宽度方向的尺寸远大于厚度方向的尺寸，且所承受的载荷位于长宽方向所构成的平面内，所以该问题满足平面应力问题的条件，可以简化为平面应力问题进行求解。

根据对称性，取整体模型的1/2建立几何模型；选择六节点三角形单元PLANE183模拟加载过程；

先进行普通结构分析求解，再采用特殊的后处理命令计算断裂参数。

8.2.3 求解步骤

1.定义工作文件名和工作标题

1）选择Utility Menu︱ Jobname命令，出现Change Jobname对话框，在［/FILNAM］ Enter new jobname 文本框中输入工作文件名EXERCISE1，单击OK按钮关闭该对话框。

2）选择Utility Menu︱ Title命令，出现Change Title对话框，在文本框中输入

ANALYSIS OF THE STRESS INTENSITY FACTOR，单击OK按钮关闭该对话框。

2.定义单元类型

1）选择Main Menu︱Preprocessor︱Element Type︱Add/Edit/Delete命令，出现Element Types对话框，单击Add按钮，出现Library of Element Types对话框。

2）在Library of Element Types列表框中选择Structural Solid︱Quad 8node 183，在

Element type reference number文本框中输入1，如图8.6所示，单击OK按钮关闭该对话框。

3）单击Element Types对话框上的Options按钮，出现PLANE183 element type options对话框，在Element behavior K3下拉列表中选择Plane strs w/thk，其余选项采用默认设置，如图8.7所示，单击OK 按钮关闭该对话框。

4）单击Element Types对话框上的Close按钮，关闭该对话框。

5）选择Main Menu︱Preprocessor︱Real Constants︱Add/Edit/Delete命令，出现Real Constants对话框，单击Add按钮，出现Element Type for Real Constants对话框，单击OK按钮，出现

Real Constants Set Number 2，for PLANE183对话框，在Real Constant Set No. 文本框中输入1，在Thickness THK文本框中输入5，如图8.8所示，单击OK按钮关闭该对话框。

6）单击Real Constants对话框上的Close按钮关闭该对话框，

3.定义材料性能参数

1）选择Main Menu︱Preprocessor︱Material Props︱Material Models命令，出现

Define Material Model Behavior对话框。

2）在Material Models Available一栏中依次单击Structural、Linear、Elastic、Isotropic选项，出现Linear Isotropic Propeties for Material Number 1对话框，在EX文本框中输入2.2E5，在PRXY文本框中输入0.25，单击OK按钮关闭该对话框。

3）在Define Material Model Behavior对话框上选择Material︱Exit命令，关闭该对话框。

4.创建几何模型、划分网格

1）选择Utility Menu︱PlotCtrls︱Numbering命令，出现Plot Numbering Controls对话框，选择

KP Keypoint numbers、LINE Line numbers和AREA Area numbers选项，使其状态从Off变为On，单击OK按钮关闭该对话框。

2）选择Main Menu︱Preprocessor︱Modeling︱Create︱Keypoints︱In Active CS命令，出现

Create Keypoints In Active Coordinate System对话框，在NPT Keypoint nuber文本框中输入1，在

X,Y,Z Location in active CS文本框中分别输入50，0，0，如图8.9所示，单击OK按钮关闭该对话框。

3）参照上一步的操作过程，依次在ANSYS显示窗口生成以下关键点编号及坐标：

2（100，0，0）；3（100，60，0）；4（-25，60，0）；5（-25，0，0）。

责任编辑：赵栋

4）选择Main Menu︱Preprocessor︱Modeling︱Create︱Lines︱Lines︱Straight Line命令，出现Create Straight拾取菜单，用鼠标在ANSYS显示窗口依次选择编号为1、2，2、3，3、4，4、5，5、1的关键点生成5条线段，单击OK按钮关闭该菜单。

5）选择Main Menu︱Preprocessor︱Modeling︱Create︱Areas︱Arbitrary︱By Lines命令，出现Create Area by L拾取菜单，在文本框中输入5，1，2，3，4，单击OK按钮关闭该菜单。

6）选择Main Menu︱Preprocessor︱Modeling︱Create︱Areas︱Circle︱Solid Circle命令，出现

Solid Circle Area对话框，在WP X文本框中输入0，在WP Y文本框中输入27.5，在Radius文本框中输入12.5，如图8.10所示，单击OK按钮关闭该对话框。

7）选择Main Menu︱Preprocessor︱Modeling︱Operate︱Booleans︱Subtract︱Areas命令，出现Subtract Areas拾取菜单，在文本框中输入1，单击OK按钮；在文本框中输入2，单击OK按钮关闭该菜单。

8）选择Main Menu︱Preprocessor︱Numbering Ctrls︱Compress Numbers命令，出现

Compress Numbers对话框，在Label Item to be compressed下拉列表中选择Areas，单击OK按钮关闭该对话框。

9）选择Main Menu︱Preprocessor︱Meshing︱Size Cntrls︱Concentrat KPs︱Create命令，出现Concentration Keypoint拾取菜单，在文本框中输入1，单击OK按钮，出现Concentration Keypoint对话框，参照图8.11对其进行设置，单击OK按钮关闭该对话框。