扩展有限元的ABAQUS实现
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
abaqus中xfem扩展有限元教程
abaqus 中xfem扩展有限元教程part模块中的操作:1.生成一个新的part，取名为plate，本part 选取3D deformable solid extrusion 类型（如图1）2.通过Rectangle 工具画出一长3，高6的矩形。
考虑使用工具栏add-dimension 和edit dimension 来画出精确长度的模型。
强烈建议此矩形的左上角坐标为（0, 3），右下角坐标为（3，-3）（如图2）3D '、2D Planw I ' AxisymmetricTyre Options” Di scr^te ri gi >1f'■ Analytical ri<id0 Euler i anBaseShapeSolidC? Shello灿电0 FeintApproKimat色size： 20Cancel3.完成后拉伸此矩形，深度为 1.（如图3）4.生成一个新的 part ，取名为 crack ，本 part 选取 3D deformable shell extrusion 类型(如图4) 叩刊网扌 rr Ack M ud-el L iLg. Spa-j-e(*) 3D { ' 29 Pl war ( ) Ajci symmetri c Typ« @ H 栏 £oir.ahle： :；Di 5«r «tc ari gi dCj An>lytic41 rigid ■.. j Euler i an Opti QKS None available Q hl 迥⑥*1】■：.\ Wire (.PoiittBase FeatureTypePlanar Ez trusi on Rezolution SwsepXppr^MiTatt =it eCine el5.生成一条线，此线的左端点坐标为( 0, 0.08 ),右端点坐标为(1.5 , 0.08 )6 .完成后拉伸此线，深度为 1.（如图6）7.保存此模型为XFEMtutor （如图7 ）,以后经常保存模型，不再累述。
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。
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。
ABAQUS钢筋混凝土有限元分析
ABAQUS钢筋混凝土有限元分析钢筋混凝土作为一种常见的建筑材料，在建筑、交通、水利等领域得到了广泛应用。
然而，钢筋混凝土结构在服役期间会受到多种复杂荷载的作用，导致结构性能退化甚至破坏。
因此，对钢筋混凝土结构进行精确的分析和模拟至关重要。
ABAQUS是一款强大的工程仿真软件，能够模拟各种材料和结构的力学行为。
本文将介绍如何使用ABAQUS 对钢筋混凝土进行有限元分析。
ABAQUS是一款专业的有限元分析软件，它提供了丰富的材料模型库和边界条件设置功能，可以模拟各种复杂结构的力学行为。
ABAQUS具有强大的前后处理功能，用户可以通过直观的界面进行模型构建、材料属性设置、边界条件施加等操作。
同时，ABAQUS还提供了强大的数据分析和可视化工具，方便用户对模拟结果进行详细分析。
钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种材料组成的复合材料。
混凝土是一种抗压强度高、抗拉强度低的材料，而钢筋具有较高的抗拉强度和塑性。
将钢筋嵌入混凝土中，可以提高结构的抗拉强度、抗压强度和韧性。
钢筋混凝土还具有较好的耐久性和防火性能。
在有限元分析中，需要对钢筋混凝土的力学性能进行适当简化。
通常假定混凝土为各向同性材料，钢筋为弹塑性材料。
同时，还应考虑混凝土的裂缝、损伤以及钢筋与混凝土之间的粘结和滑移等因素。
在ABAQUS中，可以对钢筋混凝土结构进行详细的有限元分析。
需要建立合适的计算模型，包括几何模型、材料属性、边界条件和荷载等。
模型建立完成后，可以通过ABAQUS的求解器进行计算，得到各节点位移、应力、应变等结果。
通过对计算结果的分析，可以评价结构的性能和安全性。
例如，可以通过应力和应变分布情况，分析结构的整体和局部稳定性、裂缝分布及扩展等。
还可以观察钢筋与混凝土之间的粘结性能以及评估结构的耐久性。
本文介绍了如何使用ABAQUS对钢筋混凝土进行有限元分析。
通过建立合适的计算模型，设置材料属性和边界条件，以及进行求解计算，可以得到结构的详细应力、应变和位移分布情况。
基于ABAQUS平台的扩展有限元法_方修君
Abstract:
A virtual node method for coupling the eXtended Finite Element Method (XFEM) with commercial
finite element software ABAQUS is presented. The relationship between the subdomain integration and the Heaviside function is formulated, and a subtriangle integration algorithm is improved. The brittle fracture process of a 3-point bending beam was simulated. The computational results demonstrate the capacity of the presented method to simulate the moving discontinuities. Crack path is not necessary to coincide with element boundaries in XFEM and re-meshing can be avoided. The coupling with commercial finite element software proposes an efficient way for solving practical complex problem using XFEM. Key words: partition of unity; extended finite element method; virtual node; fracture process; moving discontinuities 传统的有限元方法模拟混凝土开裂过程通常 基于两大类模型：分离裂纹模型 和弥散裂纹模 型[2]。对于模拟裂纹扩展过程的这类移动非连续问 题的模拟，使用分离裂纹模型需要对裂纹扩展路径 有良好地预测，否则需要不断调整有限元网格来适 应演化的非连续界面。弥散裂纹模型模拟移动非连 续问题不需要进行网格调整，但如何避免由于其近 似位移场中非连续位移模式的缺失而导致的应力
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。
XFEM在弹塑性断裂力学中的应用
XFEM在弹塑性断裂力学中的应用基础知识讲解弹塑性断裂力学简介13XFEM 在裂纹扩展中的应用扩展有限元（XFEM ）发展现状2Abaqus 中XFEM 功能的实现4•线弹性断裂力学是建立在线弹性力学基础上的，它没能考虑裂纹尖端附近塑性性区的影响，因而只适用于高强度（钢）脆性材料，对于工程中大量使用的中、低强度钢等具有较好塑性的材料是不适用的。
为了将应力强度因子推广到裂纹尖端有小范围塑性区的情况，人们推出了应力强度因子塑性区的修正方法，但适用性并不理想。
为了研究塑性材料的断裂问题，又产生了断裂力学的另一个分支——弹塑性断裂力学。
•弹塑性断裂力学研究范围：•（1）大范围屈服：端部的塑性区尺寸接近或超过裂纹尺寸，如：中低强度钢制成的构件。
•（2）全面屈服：材料处于全面屈服阶段，如：压力容器的接管部位。
•弹塑性断裂力学的任务：确定能定量描述裂纹尖端区域弹塑性应力，应变场强度的参量。
以便利用理论建立起这些参量与裂纹几何特性、外加载荷之间的关系，通过试验来测定它们，并最后建立便于工程应用的断裂准则。
•主要包括COD理论和J积分理论。
•1948年Irwin 和Orowan 将塑性应变能引入能量理论作为塑性材料裂纹的能量判据标志着弹塑性断裂力学研究的开始。
•1960年，Dugdale 建立了研究裂纹尖端塑性区的D-M 模型。
•1965年Wells 提出COD 准则：,其中为裂纹尖端张开位移，为开裂临界值，是由实验测得的材料常数，表征了材料的弹塑性断裂韧性。
但是裂纹开裂后，材料在到达失稳点并失效破坏前还可以继续承受更多的载荷，即裂纹在达到开裂临界状态后还有一定的承载能力，因此以为指标进行设计是偏于安全的。
•1968年，Rice 提出了J 积分理论建立了J 积分断裂准则。
•1968年，Hutchinson ，Rosengren 与Rice 提出了建立在塑性力学全量理论基础上的HRR 理论，其理论基础是J 积分，为弹塑性断裂力学奠定了理论基础。
“abaqus软件”资料汇整
“abaqus软件”资料汇整目录一、基于Python语言和Abaqus软件的轮胎参数化高效建模技术二、双曲正弦本构模型在ABAQUS软件上的实现方法仿真三、基于ABAQUS软件的舰船水下爆炸研究四、ABAQUS软件在基于性能的地震时程分析上的应用五、基于ABAQUS软件建立高桩码头桩土相互作用有限元模型的方法六、基于ABAQUS软件股骨颈骨折的扩展有限元建模分析基于Python语言和Abaqus软件的轮胎参数化高效建模技术随着计算机技术的不断发展，有限元分析（FEA）成为了工程领域中广泛使用的数值模拟方法。
轮胎作为车辆的重要组件，其性能和安全性对于车辆的行驶有着至关重要的影响。
为了更好地研究轮胎的性能和安全性，需要建立轮胎的有限元模型。
然而，传统的建模方式需要耗费大量的人力和时间，且难以保证模型的准确性和可重复性。
因此，本文提出了一种基于Python语言和Abaqus软件的轮胎参数化高效建模技术。
Python是一种广泛使用的编程语言，具有简单易学、可读性强、可扩展性等优点。
在Python中，有许多可供使用的库，例如NumPy、Pandas、Matplotlib和Abaqus等。
Abaqus是一款功能强大的有限元分析软件，它可以用于各种材料的力学性能分析和优化设计。
通过Python脚本，可以实现对Abaqus的自动化操作，从而大大提高建模效率。
本文首先介绍了基于Python语言和Abaqus软件的轮胎参数化高效建模技术的基本原理和优点。
然后，本文详细介绍了该技术的实现过程。
需要使用Python脚本生成轮胎的几何模型。
然后，使用Abaqus软件对几何模型进行网格划分和材料属性设置。
使用Python脚本对模型进行求解和结果分析。
通过对比实验，本文证明了基于Python语言和Abaqus软件的轮胎参数化高效建模技术的可行性和优越性。
实验结果表明，该技术可以大大缩短建模时间，提高建模效率，并且可以保证模型的准确性和可重复性。
扩展有限元的ABAQUS实现
扩展有限元的ABACUS实现绪论常规有限元方法(CEFM)和其他数值方法相比，具有一些无法比拟的优点, 但仍存在一些缺陷。
比如在解决类似裂纹这样的强不连续问题，山于裂纹尖端处的应力奇异性，导致计算量巨大而且精度不高。
然而扩展有限元方法(extended finite element method, XFEM)的出现，和常规有限元方法相比具有显著的优势, 使得我们可以在裂尖和应力、变形集中处划分高密度的网格，也可以方便的模拟裂纹的扩展，使讣算量不那么巨大，保留了常规有限元法的所有优点。
因此，扩展有限元得到了快速发展和应用，而且在裂纹的扩展研究中要的意义。
本文开展对扩展有限元方法和裂纹问题的研究，并且基于限元ABAQUS平台，对扩展有限元方法针对裂纹扩展问题进行模拟实现。
21世纪以来，计算机硬件和数值仿真的快速发展以及工业工程实践与科学研究中存在的大量运算需求，世界上涌现出一批大型科研运算及科学模拟软件，能够极大的简化运算问题以及计算机模拟实验，使我们能够更加方便地研究虚拟工程及相关科学问题。
有限元方法的出现为数值分析方法的研究带来了新的曙光，力学学科本来就是连接理工学科的桥梁，计算力学是U前力学发展的一个重要分支。
有限元软件则是我们到达工程科学领域彼岸的非常重要的工具和桥梁之一。
ABAQUS软件是世界上最强大的大型有限元计算分析软件之一，具有不同种类的单元类型、材料类型和不同的分析过程，拥有很好的计算功能和模拟性能。
ABAQUS软件不但可以进行一种部件和复杂物理场的分析，而且可以处理多系统的部件分析；不仅可以分析简单的线弹性问题，还可以处理复朵的非线性组合问题等，相比其它软件具有无可比拟的优势“】。
固体力学中存在的两类不连续问题之一则是因为物体内部儿何结构突变引起的强不连续问题，裂纹问题就是这类问题的代表。
山于儿何界面处的位移不连续性和裂纹尖端的应力奇异性使得这类问题的处理变得比较复杂。
有限元方法、无单元方法、边界元方法等是解决不连续问题的重要的数值方法⑶。
扩展有限元法的研究
学位论文作者签名：谢海
日期： 2009 年 1 月 14 日
上海交通大学 学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、 使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权上海交 通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
上海交通大学 硕士学位论文 扩展有限元法的研究 姓名：谢海 申请学位级别：硕士 专业：固体力学 指导教师：冯淼林 20090101
上海交通大学硕士学位论文
扩展有限元法的研究 摘 要
扩展有限元法(the extended finite element method, XFEM)是解决以裂纹问题 为代表的不连续力学问题的有效方法，由于其在保留常规有限元(CFEM)所有优 点的基础上，解决了常规有限元需在应力集中区高密度划分单元的所带来的困 难，模拟裂纹生长时也无需网格重划分，而得到了快速的发展。本文介绍了扩展 有限元的基本理论，并通过编写 ABAQUS 用户子程序 UEL ，在商业软件 ABAQUS 平台的基础上实现了线弹性扩展有限元功能。 本文先介绍了有关单位分解法，水平集法的理论，然后论述了基于这两个方 法的扩展有限元法； 接着对 ABAQUS 用户子程序 UEL 进行简单的介绍， 并阐述 如果应用 UEL 在 ABAQUS 平台上实现 XFEM。 最后， 通过三个算例的比较可以 看出 XFEM 能在较粗糙的网格前提下，实现了较高的精度和准确度。
保密□，在 本学位论文属于 不保密□。√ （请在以上方框内打“√” ）
年解密后适用本授权书。
学位论文作者签名： 谢海
指导教师签名：冯淼林
基于ABAQUS平台的扩展有限元方法
基于ABAQUS平台的扩展有限元方法扩展有限元方法（XFEM）是一种能够有效处理裂纹、接触、损伤等大变形、大变位问题的计算方法。
该方法扩展了传统有限元方法（FEM），使其能够更准确地模拟物体的断裂行为。
ABAQUS是一款常用的有限元分析软件，提供了XFEM功能，可以在其平台上进行XFEM分析。
XFEM的主要思想是在有限元网格中引入额外的自由度，这些自由度可以用来描述物体内部的裂纹、接触等特征。
通过在网格中引入额外的基函数，XFEM能够通过有限元分析获取到界面上的开裂和断裂行为，从而更准确地预测物体的破坏。
XFEM在ABAQUS平台上的应用主要包括以下几个方面。
1.裂纹模拟：XFEM能够准确地模拟裂纹的扩展行为。
在ABAQUS中，用户可以通过定义裂纹路径和裂纹扩展准则，来模拟裂纹在不同加载条件下的扩展过程。
同时，用户还可以对裂纹的形状、长度、位置等进行控制，以得到更准确的结果。
2.接触分析：XFEM可以模拟接触问题，包括刚性接触和非线性接触。
在ABAQUS中，用户可以通过定义接触面和接触行为，来模拟物体之间的接触行为。
XFEM能够考虑接触面的开裂和闭合，从而更准确地模拟接触问题。
3.损伤模拟：XFEM可以模拟材料的损伤行为，包括塑性、弹塑性和弹性损伤。
在ABAQUS中，用户可以通过定义损伤模型和损伤准则，来模拟材料的损伤行为。
XFEM能够考虑材料中的裂纹行为，从而更准确地模拟损伤问题。
4.多物理场耦合：XFEM可以模拟多个物理场的耦合问题，如固体力学和热传导、固体力学和流体力学等。
在ABAQUS中，用户可以通过定义不同物理场的边界条件和耦合关系，来模拟多物理场耦合问题。
XFEM能够考虑多物理场之间的相互作用，从而更准确地模拟多物理场问题。
总之，基于ABAQUS平台的扩展有限元方法可以更准确地模拟物体的断裂、接触、损伤等问题。
通过在有限元网格中引入额外的自由度，XFEM 能够更准确地描述物体内部的裂纹、接触等特征。
Abaqus提取XFEM（扩展有限元）裂缝长度和缝隙面积（精品）
Abaqus提取XFEM(扩展有限元)裂缝长度【壹讲壹插件】2015-7-20作者：星辰-北极星Abaqus提取XFEM(扩展有限元)裂缝长度 (1)第一部分：Abaqus 扩展有限元方法XFEM (2)1.1概要 (2)1.2这些你有注意到吗？ (2)1.3 圆孔内压裂缝模拟实例 (2)1.3.1 部件建立 (2)1.3.2 材料性质定义(part1) (2)1.3.3 分析步定义 (3)1.3.4 参数输出 (3)1.3.5 接触模块定义Crack (3)1.3.6边界条件定义 (4)1.3.7 网格划分 (4)1.3.8初始地应力施加 (4)1.3.9 计算结果： (4)第二部分：扩展有限元裂缝长度求解 (5)2.1 概要 (5)2.2 基本求解思路： (5)第三部分：星辰-北极星插件介绍：POLARIS-XFEMCreckGeo2D (6)3.1 概要 (6)3.2 插件的主要功能 (6)3.3 使用注意事项 (6)3.4 插件使用简介 (7)3.4.1 打开插件 (7)3.4.2 数据获取 (7)3.4.3 裂缝信息获取 (8)3.4.4 示例 (8)第一部分：Abaqus 扩展有限元方法XFEM文章转自：/908754116/blog/14374022441.1概要XFEM即扩展有限元方法，它在标准有限元框架内研究问题，保留了有限元方法的所有优点。
扩展有限元法与有限元法最根本的区别在于所使用的网格与结构内部的几何或物理界面无关，从而克服了在诸如裂纹尖端等高应力和变形集中区进行高密度网格划分所带来的困难，在模拟裂纹扩展时也无需对网格进行重新划分。
如果要正常地使用它，我们首先要了解Abaqus中的扩展有限元方法有哪些特别，它在理论上做了哪些简化等，帮助文档进行了很好的讲解：《Abaqus Analysis User's Manual》10.7.1 Modeling discontinuities as an enriched feature using the extended finite element method。
abaqus的python手册
abaqus的python手册全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：一、Abaqus中Python的应用1. 调用Abaqus APIAbaqus提供了一个丰富的API，通过Python可以轻松地调用这些API来完成各种任务。
比如创建模型、定义边界条件、设置分析参数等。
用户可以通过编写Python脚本来实现自定义的分析过程。
2. 扩展Abaqus功能通过编写Python脚本，用户可以扩展Abaqus的功能，实现一些Abaqus原生功能不支持的功能。
比如可以编写一个脚本来实现特定的后处理功能，或者实现一些自定义的材料模型等。
3. 批量处理任务在实际工程中，通常需要进行大量的有限元分析任务。
通过编写Python脚本，可以实现批量处理任务，提高工作效率。
比如可以编写一个循环来处理多个模型，或者实现并行计算等。
4. 与其他软件集成Python是一种通用的编程语言，可以方便地与其他软件集成。
比如可以通过Python脚本实现Abaqus和CAD软件（比如SolidWorks）的数据交互，或者实现Abaqus和MATLAB的联合分析等。
1. 环境搭建首先需要在电脑上安装Abaqus和Python环境。
Abaqus支持Python2.7和Python3.6及以上版本。
安装完Abaqus后，需要在Abaqus命令窗口中输入“abaqus cae nogui=python”命令进入Python环境。
2. Python基础知识在使用Abaqus的Python API之前，需要掌握一些基本的Python知识。
比如变量、循环、条件语句等。
可以通过在线教程或书籍学习Python的基础知识。
下面我们来看一个简单的Python脚本示例，实现一个简单的有限元分析任务：```pythonfrom abaqus import *from abaqusConstants import *# 创建一个模型myModel = mdb.Model(name='ExampleModel')myAssembly = myModel.rootAssemblymyPart = myModel.Part(name='Part-1',dimensionality=THREE_D, type=DEFORMABLE_BODY)# 创建一个立方体myPart.Cube(center=(0, 0, 0), size=10.0)# 后处理odb = session.odbs['ExampleJob.odb']session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=odb)```以上示例演示了如何使用Python脚本创建一个简单的有限元模型，并进行力学分析。
基于扩展有限元(XFEM)裂缝扩展总结
基于扩展有限元（XFEM ）裂纹扩展总结通过四个算例总结了用ABAQUS 计算裂纹扩展应用情况。
算例1基于XFEM 使用虚拟裂缝闭合技术结合Cohesive 单元，实现混凝土基体断裂和钢筋混凝土界面脱层的混合失效模式；算例2基于XFEM 以VCCT 准则判断裂缝的开裂扩展，研究了偏荷载作用下不同配筋率对裂缝扩展方向的影响，并对比了考虑钢筋与混凝土粘结滑移与不考虑粘结滑移的裂缝扩展情况；算例3则是以粘聚力模型判断裂缝扩展,研究了裂缝扩展情况；算例4对比了Cohesive 和VCCT 两种开裂准则下钢筋混凝土（纵、箍筋组合）的裂缝扩展情况。
扩展有限元基本原理扩展有限元法（XFEM ）是在单位分解法的基础上对常规有限元位移逼近函数进行改进加强，引入附加函数。
以二维裂纹（图1）为例，对于裂纹贯穿单元，采用Heaviside 函数来描述裂纹两侧的不连续性；对于裂尖单元，采用裂尖渐进函数来反映裂纹尖端应力的奇异性。
扩展有限元的位移逼近为：()()()()()()∑∑∑∑∈=∈∈⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=K i i i i J i i i I i i xfem b x F x N a x H x N u x N x u 41ααα （1）式中，I 为所有节点集合，()x N i 为节点i 的形函数，i u 为节点i 的标准自由度，J 为裂纹贯穿单元节点集合（图1中圆圈所示节点），K 为裂尖单元节点集合（图1中方形所示节点），()x H 和()x F α分别为Heaviside 形函数和裂尖渐进函数，i a 和αi b 为相应节点自由度。
图1 扩展有限元中的富集节点描述裂纹面不连续性的Heaviside 形函数可表示为 ()⎩⎨⎧−≥•=*otherwise 10n )x -(x if 1x H （2）式中，*x 为点x 到裂纹面最近处的投影，n 为*x 点处的单位外法线向量（如图2所示）。
可以看出，节点位于裂纹面上侧时()1=x H ，节点位于裂纹面下侧时()1−=x H ，Heaviside 形函数能较好的描述裂纹面两侧的不连续性。
基于ABAQUS二次开发的巴西圆盘断裂机
第４５卷第１期２０２３年１月沈 阳 工 业 大 学 学 报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ ４５Ｎｏ １Ｊａｎ ２０２３收稿日期：２０２１－１１－１６．基金项目：国家自然科学基金面上项目（５１９７９２９２）；辽宁省教育厅项目（ＬＪＫＭＺ２０２２０４８８）；辽宁省自然科学基金项目（２０１９ ＭＳ ２４２）．作者简介：刘钧玉（１９７８－），男，辽宁沈阳人，副教授，博士，主要从事断裂力学数值方法和结构地基相互作用等方面的研究．ｄｏｉ：１０．７６８８／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１６４６．２０２３．０１．１７基于ＡＢＡＱＵＳ二次开发的巴西圆盘断裂机理刘钧玉，张天禹，苏 艳，宁宝宽（沈阳工业大学建筑与土木工程学院，沈阳１１０８７０）摘 要：针对含中心裂纹的巴西圆盘开裂模型利用ＡＢＡＱＵＳ进行了参数化二次开发，基于扩展有限元法和最大周向应力准则对试件裂纹扩展进行数值模拟并验证，研究了围压对裂纹扩展以及裂纹尖端应力强度因子和Ｔ应力的影响．研究结果表明，试件在预制裂纹尖端发生起裂并沿最大周向应力方向扩展．随着裂纹倾角增大，Ⅰ型应力强度因子逐渐减小，Ⅱ型应力强度因子呈现先增大后减小的趋势，Ｔ应力逐渐增大．随着围压数值的升高，试件的断裂韧度增大，Ｔ应力增大，而Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子几乎不受影响．关 键 词：巴西圆盘；二次开发；应力强度因子；Ｔ应力；裂纹扩展；围压；扩展有限元法中图分类号：ＴＵ４５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－１６４６（２０２３）０１－０１０６－０７ＦｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＢｒａｚｉｌｉａｎｄｉｓｃｂａｓｅｄｏｎＡＢＡＱＵＳｓｅｃｏｎｄａｒｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＬＩＵＪｕｎ ｙｕ，ＺＨＡＮＧＴｉａｎ ｙｕ，ＳＵＹａｎ，ＮＩＮＧＢａｏ ｋｕａｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆ＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０８７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｉｍｉｎｇａｔｔｈｅＢｒａｚｉｌｉａｎｄｉｓｋｃｒａｃｋｍｏｄｅｌｗｉｔｈｃｅｎｔｒａｌｃｒａｃｋ，ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｒｉｃｓｅｃｏｎｄａｒｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙｕｓｉｎｇＡＢＡＱＵＳ．Ｔｈｅｃｒａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｗａｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄｖｅｒｉｆｉｅｄｉｎｔｅｒｍｓｏｆｔｈｅｅｘｔｅｎｄｅｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｔｒｅｓｓｃｒｉｔｅｒｉｏｎ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｏｎｃｒａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，ｓｔｒｅｓｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙｆａｃｔｏｒａｔｔｈｅｃｒａｃｋｔｉｐａｎｄＴ ｓｔｒｅｓｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｃｒａｃｋｓａｔｔｈｅｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄｃｒａｃｋｔｉｐａｎｄｐｒｏｐａｇａｔｅｓａｌｏｎｇｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｔｒｅｓｓｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃｒａｃｋｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎａｎｇｌｅ，ｔｈｅｍｏｄｅⅠｓｔｒｅｓｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙｆａｃｔｏｒｄｅｃｒｅａｓｅｓｇｒａｄｕａｌｌｙ，ｔｈｅｍｏｄｅⅡｓｔｒｅｓｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙｆａｃｔｏｒｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ａｎｄｔｈｅＴ ｓｔｒｅｓｓｉｎｃｒｅａｓｅｓｇｒａｄｕａｌｌｙ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓａｎｄＴ ｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｉｎｃｒｅａｓｅ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｍｏｄｅⅠａｎｄｔｈｅｍｏｄｅⅡｓｔｒｅｓｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙｆａｃｔｏｒｓａｒｅｈａｒｄｌｙａｆｆｅｃｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｂｒａｚｉｌｉａｎｄｉｓｃ；ｓｅｃｏｎｄａｒｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ；ｓｔｒｅｓｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙｆａｃｔｏｒ；Ｔ ｓｔｒｅｓｓ；ｃｒａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ；ｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｅｘｔｅｎｄｅｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ 岩石普遍存在裂纹，内部裂纹的贯通会破坏岩石整体结构的稳定性［１］．巴西圆盘试验是岩石力学试验中具有代表性的试验［２－３］，最早被提出用于测定岩石材料拉伸强度．含中心裂纹的巴西圆盘试件可以通过改变加载角的方式实现Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅰ Ⅱ复合型的断裂模式，从而根据应力强度因子等参数测算材料断裂韧度．王辉等［４］对含预制裂隙的圆盘试件进行巴西劈裂试验，对试件的破坏过程进行了研究；周北明等［５］针对含中心裂纹巴西圆盘，对其无量纲化应力强度因子的获取精度进行了研究；Ａｌ Ｓｈａｙｅａ［６］对脆性石灰岩圆盘试件进行了试验，研究了围压和温度对裂纹起裂的影响；Ｓａｒｆａｒａｚｉ等［７］利用数字图像识别法研究了裂隙填充材料及裂纹倾角对巴西圆盘裂纹扩展的影响；栗青等［８］通过室内试验研究了围压对岩石强度和弹性模量的影响．然而，含中心裂纹的巴西圆盘试件在进行试验时，在集中荷载处可能会发生应力集中的情况，使试件在应力集中点率先开始破坏并进行裂纹扩展，这不符合试件破坏时必定在预制裂纹尖端起裂的理论假设．因此，在巴西圆盘的加载点处设置平台作为改进，可以有效缓解试件与加载处接触部分的应力集中现象，且同时可以实现不同的断裂形式［９－１０］．岩石发生断裂后，当试件的加载方向和预制裂纹存在夹角或加载位置与裂纹面呈非对称时可以测得岩石的断裂韧度［１１］．本文基于ＡＢＡＱＵＳ平台对三维平台巴西圆盘模型进行了二次开发，对其断裂参数进行了求解，并得出不同开裂情况下的断裂参数变化规律，为岩石材料断裂韧度的求解提供了指导与帮助．１ 扩展有限元法及断裂准则１ １ 扩展有限元法基础理论图１为扩展有限元函数节点示意图．扩展有限元法的位移插值函数［１２］为Ｕ（ｘ）＝∑ｉ∈ＮＮｉ（ｘ）ｕｉ＋∑ｊ∈ＮｄｉｃＮｊＨ（ｘ）ａｊ＋ ∑ｋ∈ＮａｓｙＮｋ∑４ａ＝１ ａ（ｘ）ｂａｋ（１）式中：Ｎ为常规有限元节点集；Ｎｄｉｃ为被裂纹贯穿的节点集；Ｎａｓｙ为裂尖单元集；ｕｉ为常规有限元节点位移；ａｊ和ｂａｋ为被裂纹贯穿节点以及裂尖节点的位移；Ｈ（ｘ）为能反应裂纹面非连续性的跳跃函数； ａ（ｘ）为裂纹尖端渐进位移函数，能够体现裂纹尖端的应力奇异性，其表达式为 ａ（ｘ）＝［槡ｒｓｉｎθ２，槡ｒｃｏｓθ２，槡ｒｓｉｎθ２ｃｏｓθ， 槡ｒｃｏｓθ２ｃｏｓθ］（２）图１ 扩展有限元函数节点示意图Ｆｉｇ １ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｎｏｄｅｓｏｆｅｘｔｅｎｄｅｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎ１ ２ 裂纹扩展断裂准则在断裂力学传统理论基础上考虑了Ｔ应力情况后，裂纹尖端应力场表达式［１３］为 σｘ′＝ＫⅠ２π槡ｒｃｏｓθ２１－ｓｉｎθ２ｓｉｎ３θ()２－ＫⅡ２π槡ｒｓｉｎθ２２＋ｃｏｓθ２ｃｏｓ３θ()２＋Ｔσｙ′＝ＫⅠ２π槡ｒｃｏｓθ２１＋ｓｉｎθ２ｓｉｎ３θ()２＋ＫⅡ２π槡ｒｓｉｎθ２ｃｏｓθ２ｃｏｓ３θ２τｘ′ｙ′＝ＫⅠ２π槡ｒｃｏｓθ２ｓｉｎθ２ｃｏｓ３θ２＋ＫⅡ２π槡ｒｃｏｓθ２１－ｓｉｎθ２ｃｏｓ３θ()２（３）式中：ＫⅠ、ＫⅡ、Ｔ分别为Ⅰ型、Ⅱ型应力强度因子、Ｔ应力；σｘ′、σｙ′、τｘ′ｙ′为裂纹尖端应力．２ ＡＢＡＱＵＳ二次开发２ １ ＡＢＡＱＵＳ脚本接口及ＧＵＩ插件开发ＡＢＡＱＵＳ基于Ｐｙｔｈｏｎ语言建立了二次开发环境相关的脚本结构，ＡＢＡＱＵＳ／ＣＡＥ所进行的操作均可由Ｐｙｔｈｏｎ语言编写对应命令并实现［１４］，其与脚本接口的通信关系如图２所示．图２ ＡＢＡＱＵＳ脚本接口通信关系Ｆｉｇ ２ ＡＢＡＱＵＳｓｃｒｉｐｔｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ本文主要实现参数化建模和ＧＵＩ插件程序的创建．在参数化建模方面，通过编写脚本对前处理建模部分进行操作，利用脚本对需求的模型尺寸、参数等进行控制，也可以对后处理分析进行数据的提取与绘制，在ＧＵＩ脚本程序方面创建了适应数值模型的图形界面．这使得数值计算过程避７０１第１期 刘钧玉，等：基于ＡＢＡＱＵＳ二次开发的巴西圆盘断裂机理免了由于不断修改参数以及后处理分析提取数据等产生的繁琐操作，且创立的用户界面简洁直观，让操作过程更加便捷．ＡＢＡＱＵＳＧＵＩＴｏｏｌｋｉｔ提供了二次开发的相关工具，ＡＢＡＱＵＳＧＵＩ插件也在此基础上，通过内核执行程序Ｋｅｒｎｅｌ和ＧＵＩ的交互完成ＧＵＩ界面的创建．其中，内核程序Ｋｅｒｎｅｌ负责将用户界面输入的建模相关数据进行处理，并存储成Ｉｎｐｕｔ文件．用户在已完成创建的ＧＵＩ界面进行数据录入后，输入的结果会被脚本传输到内核执行程序Ｋｅｒｎｅｌ进行分析，此交互过程的工作原理如图３所示．图３ ＧＵＩ与Ｋｅｒｎｅｌ的交互原理Ｆｉｇ ３ ＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｂｅｔｗｅｅｎＧＵＩａｎｄＫｅｒｎｅｌ２ ２ 平台巴西圆盘参数化建模平台巴西圆盘试件计算模型如图４所示．图４ 数值模型示意图Ｆｉｇ ４ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌ图４中，试件直径为５０ｍｍ，厚度为１０ｍｍ，且裂纹位置位于试件中心，试件取砂岩材料参数，弹性模量Ｅ为４７ ５ＧＰａ，泊松比μ为０ ２５．裂纹位置位于试件中心，数值模型采用竖向位移加载的方式，选择八节点单元Ｃ３Ｄ８，且将圆盘试件分区以便对多个区域进行网格划分．计算模型的上下平台选用解析刚体，在将裂纹和圆盘试件进行装配后设置接触，并对裂纹扩展相关内容进行设置．ＡＢＡＱＵＳ用户图形界面以巴西圆盘模型尺寸标注，材料参数、分析步接触设置、网格荷载控制和后处理分析等作为布局．界面整体如图５所示．图５ 模型参数化分析界面Ｆｉｇ ５ Ｍｏｄｅｌｐａｒａｍｅｔｒｉｃａｎａｌｙｓｉｓｉｎｔｅｒｆａｃｅ８０１沈 阳 工 业 大 学 学 报 第４５卷２ ３ 数值模型脚本构建平台巴西圆盘建模过程中需要使用圆盘、平台、裂纹这三种不同的部件，这些部件的尺寸可以直接定义，但有些部件为了方便后续装配等操作需要额外进行修改．在装配过程中需要将裂纹实例的旋转倾斜度进行定义，并将各个部件移动到相应位置，在装配完成后首先要通过指定裂纹位置以及整体关系的方式进行裂纹设定，并选择扩展有限元算法的方式，选取最大周向应力准则为判定方式应用在模拟过程中，随后定义接触属性设置平台和圆盘部件的接触［１５］．数值模拟中除了需要观察裂纹扩展形式，更重要的是提取裂纹尖端奇异参数，因此，在设置分析步和历程输出变量时，需要分别对非线性开关进行设置，并设定是否允许裂纹扩展，而在提取裂纹尖端奇异参数时，需要在裂纹设定模块对所需求的不同结果进行输出．在图形界面上方是以图片示意的巴西圆盘模型，并通过尺寸标注表示结构组成，使用户界面更加直观，下方可定义模型名称并可通过快捷键在模型创立完成后直接提交作业运算．最下方为参数化建模控制流程，包括不同部件的创建、材料参数输入、分析步和装配接触设置、网格划分、施加荷载，以及提交工作后的后处理数据提取分析．每个建模模块都有模型对应的控制需求选项，例如其中的分析步模块如图６所示，除了对增量步等参数的设置，也包含对非线性开关的设置以及场变量输出的模式及内容．图６ 分析步模块设置界面Ｆｉｇ ６ Ａｎａｌｙｓｉｓｓｔｅｐｍｏｄｕｌｅｓｅｔｔｉｎｇｉｎｔｅｒｆａｃｅ３ 巴西圆盘断裂参数分析３ １ 巴西圆盘裂纹扩展数值模拟在基于ＡＢＡＱＵＳ二次开发对模型进行建模后，首先对含中心裂纹巴西圆盘进行了裂纹扩展的数值模拟，对不同裂纹倾角β的试件进行数值模拟，并将所得裂纹扩展结果和试验结果进行对比，如图７所示，其中左侧为试验结果，右侧为数值模拟结果．图７ 数值模拟与试验对比结果Ｆｉｇ ７ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ对比结果表明，数值模拟结果与试验结果较为一致，预制裂纹从裂纹尖端起裂并沿最大主应力方向进行扩展直至破坏，这也符合巴西圆盘试件破坏的理论假设．在后处理中对平台压板反作用力载荷进行提取，并绘制载荷随时间变化的关系曲线，如图８所示．围压，分别对反作用力进行提取并绘制关系曲线，在数据表中找到荷载瞬时变化的时间点和荷载值，并分别提取荷载瞬时变化前的数值，绘制荷载随围压的变化关系曲线，如图９所示．图９ 围压与荷载的关系曲线Ｆｉｇ ９ Ｒｅｌａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｏｆｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｒｓｕｓｌｏａｄ由图９可知，随着围压的增大，瞬时荷载基本呈线性增大趋势，由于瞬时荷载点对应裂纹萌生时间点，所以瞬时荷载值的大小即反应试件阻止裂纹扩展的能力．因此可以看出围压对岩石断裂韧度有很大影响，断裂韧度随围压增大而增大．３ ２ 巴西圆盘裂纹尖端奇异参数分析在提取数值模型的裂纹尖端奇异参数时，需要对裂纹接触过程进行设置，并在历程输出变量中分别对需要的参数进行输出．通过改变裂纹长度和裂纹倾角，对不同情况下平台巴西圆盘试件计算了应力强度因子和Ｔ应力的数值．为便于描述，应力强度因子和Ｔ应力表达式为ＫⅠ＝ＦＲｔｃ槡πＺⅠα，ｃ()ＲＫⅡ＝ＦＲｔｃ槡πＺⅡα，ｃ()ＲＴ＝ＦπＲｔＴ α，ｃ()Ｒ１－ｃ()Ｒ （４）式中：Ｆ为载荷；Ｒ为圆盘试件半径；ｔ为试件厚度；ｃ为试件中心裂纹长度；ＺⅠ为无量纲Ⅰ型应力强度因子；ＺⅡ为无量纲Ⅱ型应力强度因子；Ｔ为无量纲Ｔ应力；α为裂纹初始角度．在ｃ／Ｒ＝０ ２和ｃ／Ｒ＝０ ４情况下，裂纹尖端应力强度因子ＺⅠ和ＺⅡ的变化如图１０所示．由图１０可以看出，在裂纹倾角为０°时，ＺⅡ为０且ＺⅠ不为０，即试件为纯Ⅰ型开裂．随着裂纹倾角的增加，当倾角β为３０°时，ＺⅠ减小到０且ＺⅡ由０开始增大，此时为纯Ⅱ型开裂．当裂纹倾角继续增大直到９０°时，ＺⅠ逐步减小，而ＺⅡ先增大到极值再减小到０，此时又为纯Ⅰ型开裂．可以看出，当试件发生纯Ⅰ型开裂时的两种情况下，ＺⅠ均为极值，而当事件发生纯Ⅱ型开裂时的情况下，ＺⅡ并非极值，这表明当试件发生纯Ⅱ型破坏时并不是Ⅱ型应力强度因子为最大值的情况．随着ｃ／Ｒ增大，Ⅱ型应力强度因子随之增大，而在裂纹倾角为３０°～６０°时，不同ｃ／Ｒ值情况下Ⅰ型应力强度因子差距减小，在０°～３０°以及６０°～９０°时，Ⅰ型应力强度因子随ｃ／Ｒ增大而增大．图１０ 不同裂纹倾角下的无量纲应力强度因子Ｆｉｇ １０ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓｓｔｒｅｓｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙｆａｃｔｏｒｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｒａｃｋｄｉｐａｎｇｌｅｓ在ｃ／Ｒ＝０ ２和ｃ／Ｒ＝０ ４情况下，Ｔ应力的变化如图１１所示．图１１ 不同裂纹倾角下的无量纲Ｔ应力Ｆｉｇ １１ ＤｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓＴ ｓｔｒｅｓｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｒａｃｋｄｉｐａｎｇｌｅｓ由图１１可以看出，Ｔ应力会随着裂纹倾角的增加而增加，在裂纹倾角达到约４５°时由负值达到０值．在裂纹倾角小于４５°时，Ｔ应力会随ｃ／Ｒ值的增大而增大，而在裂纹倾角大于４５°时，Ｔ应力会随ｃ／Ｒ值的增大而减小．以裂纹倾角为４５°，ｃ／Ｒ＝０ ４的情况下对数值模型施加围压，为避免０１１沈 阳 工 业 大 学 学 报 第４５卷围压过高导致裂纹面接触产生压剪破坏情况，围压值控制在１～１０ＭＰａ，并在每次改变围压时对应力强度因子和Ｔ应力分别进行提取．裂纹尖端应力强度因子以及Ｔ应力的无量纲数值随围压变化的关系曲线如图１２～１３所示．图１２ 不同围压下的无量纲应力强度因子Ｆｉｇ １２ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓｓｔｒｅｓｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙｆａｃｔｏｒｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｓ图１３ 不同围压下的无量纲Ｔ应力Ｆｉｇ １３ ＤｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓＴ ｓｔｒｅｓｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｓ由图１２～１３可以看出，随着围压的增大，Ⅰ型应力强度因子逐渐减小，代表裂纹面压缩程度提高，而Ⅱ型应力强度因子也逐渐减小，但围压对两者影响很小，而Ｔ应力会随着围压的增大而增大．４ 结 论本文利用ＡＢＡＱＵＳ软件针对平台巴西圆盘模型进行了参数化二次开发，对试件裂纹扩展进行了数值验证，研究了围压对试件的影响，并提取了不同情况下裂纹尖端奇异参数即应力强度因子和Ｔ应力．结果表明，试件的断裂韧度随围压增大而增大，在裂纹倾角为０°和９０°时，试件为纯Ⅰ型开裂，且Ⅰ型应力强度因子随裂纹倾角增大而减小．当裂纹倾角为３０°时，试件为纯Ⅱ型开裂，且Ⅱ型应力强度因子随裂纹倾角增大呈现先增大后减小的趋势．在试件首先达到纯Ⅰ型开裂和纯Ⅱ型开裂情况时，Ｔ应力均为负值，且Ｔ应力随裂纹倾角增大而增大．随着围压增大，Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子逐渐减小但所受影响程度很小，而Ｔ应力增大．参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］贺晶晶，师俊平．冻融循环作用下砂岩三点弯曲断裂性能试验及其破坏形态研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２０１７，３６（１２）：２９１７－２９２５．（ＨＥＪｉｎｇ ｊｉｎｇ，ＳＨＩＪｕｎ ｐｉｎｇ．Ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒａｎｄｆａｉｌｕｒｅｐａｔｔｅｒｎｏｆｓａｎｄｓｔｏｎｅｉｎｔｈｒｅｅ ｐｏｉｎｔｂｅｎｄｉｎｇｔｅｓｔｕｎｄｅｒｆｒｅｅｚｉｎｇ ｔｈａｗｉｎｇｃｙｃｌｅｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７，３６（１２）：２９１７－２９２５．）［２］朱思尘，李江腾．干燥和饱水状态下含层理构造板岩巴西劈裂实验能量研究［Ｊ］．中南大学学报（自然科学版），２０１８，４９（８）：２０２４－２０３０．（ＺＨＵＳｉ ｃｈｅｎ，ＬＩＪｉａｎｇ ｔｅｎｇ．ＥｎｅｒｇｙｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｓｌａｔｅｓｗｉｔｈｂｅｄｄｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｄｅｒＢｒａｚｉｌｉａｎｓｐｌｉｔｔｉｎｇｔｅｓｔｓｉｎｄｒｙａｎｄｓａｔｕｒａｔｅｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ），２０１８，４９（８）：２０２４－２０３０．）［３］吴秋红，赵伏军，李夕兵，等．径向压缩下圆环砂岩样的力学特性研究［Ｊ］．岩土力学，２０１８，３９（１１）：３９６９－３９７５．（ＷＵＱｉｕ ｈｏｎｇ，ＺＨＡＯＦｕ ｊｕｎ，ＬＩＸｉ ｂｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｍｅ ｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｒｉｎｇｓｐｅｃｉｍｅｎｓｏｆｓａｎｄｓｔｏｎｅｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｄｉａｍｅｔｒａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ［Ｊ］．ＲｏｃｋａｎｄＳｏｉｌＭｅｃｈａｎｉｃｓ，２０１８，３９（１１）：３９６９－３９７５．）［４］王辉，李勇，曹树刚，等．含预制裂隙黑色页岩裂纹扩展过程及宏观破坏模式巴西劈裂试验研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２０２０，３９（５）：９１２－９２６．（ＷＡＮＧＨｕｉ，ＬＩＹｏｎｇ，ＣＡＯＳｈｕ ｇａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｂｒａｚｉ ｌｉａｎｓｐｌｉｔｔｉｎｇｔｅｓｔｓｔｕｄｙｏｎｃｒａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｏｆｐｒｅ ｃｒａｃｋｅｄｂｌａｃｋｓｈａｌｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２０，３９（５）：９１２－９２６．）［５］周北明，张明明，高原．中心直裂纹圆盘无量纲应力强度因子获取精度研究［Ｊ］．人民长江，２０１７，４８（２０）：１０１－１０６．（ＺＨＯＵＢｅｉ ｍｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＭｉｎｇ ｍｉｎｇ，ＧＡＯＹｕａｎ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎａｃｃｕｒａｃｙｏｆｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓｓｔｒｅｓｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙｆａｃｔｏｒｏｆｃｅｎｔｒａｌｓｔｒａｉｇｈｔｔｈｒｏｕｇｈＢｒａｚｉｌｉａｎｄｉｓｃ［Ｊ］．ＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒ，２０１７，４８（２０）：１０１－１０６．）［６］Ａｌ ＳｈａｙｅａＮＡ．ＣｒａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｆｏｒｒｏｃｋｓｕｎｄｅｒｍｉｘｅｄｍｏｄｅⅠ Ⅱｆｒａｃｔｕｒｅ［Ｊ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ，２００５，８１（１）：８４－９７．［７］ＳａｒｆａｒａｚｉＶ，ＨａｅｒｉＨ，ＦａｔｅｈｉＭ．ＦｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＢｒａｚｉｌｉａｎｄｉｓｃｓｗｉｔｈｍｕｌｔｉｐｌｅｐａｒａｌｌｅｌｎｏｔｃｈｅｓｕｓｉｎｇＰＦＣ２Ｄ［Ｊ］．ＰｅｒｉｏｄｉｃａＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７，６１（４）：６５３－６６３．［８］栗青，常兆荣，高阳，等．隐晶质玄武岩的应变演化规律与强度破坏特征［Ｊ］．沈阳工业大学学报，２０２２，４４（１）：１０９－１１５．（ＬＩＱｉｎｇ，ＣＨＡＮＧＺｈａｏ ｒｏｎｇ，ＧＡＯＹａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｓｔｒａｉｎｅｖｏｌｕｔｉｏｎｒｕｌｅａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈｆａｉｌｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｐｈａｎｉｔｉｃｂａｓａｌｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉ ｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２２，４４（１）：１０９－１１５．）［９］彭凡，董世明．一类非均布载荷下中心裂纹圆盘Ｔ应力分析［Ｊ］．应用数学和力学，２０１８，３９（７）：７６６－７７５．（ＰＥＮＧＦａｎ，ＤＯＮＧＳｈｉ ｍｉｎｇ．Ｔ ｓｔｒｅｓｓｉｎａｃｅｎｔｒａｌｌｙｃｒａｃｋｅｄＢｒａｚｉｌｉａｎｄｉｓｋｕｎｄｅｒｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｐｒｅｓｓｕｒｅｌｏａｄ１１１第１期 刘钧玉，等：基于ＡＢＡＱＵＳ二次开发的巴西圆盘断裂机理［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃｓ，２０１８，３９（７）：７６６－７７５．）［１０］孙欣，朱哲明，谢凌志，等．基于ＳＥＮＤＢ试样的砂岩复合脆性断裂行为研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２０１７，３６（１２）：２８８４－２８９４．（ＳＵＮＸｉｎ，ＺＨＵＺｈｅ ｍｉｎｇ，ＸＩＥＬｉｎｇ ｚｈｉ，ｅｔａｌ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎｍｉｘｅｄ ｍｏｄｅｆｒａｃｔｕｒｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｓａｎｄｓｔｏｎｅｕｓｉｎｇａＳＥＮＤＢｓｐｅｃｉｍｅｎ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７，３６（１２）：２８８４－２８９４．）［１１］赵彦琳，范勇，朱哲明，等．Ｔ应力对闭合裂纹断裂行为的理论和实验研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２０１８，３７（６）：１３４０－１３４９．（ＺＨＡＯＹａｎ ｌｉｎ，ＦＡＮＹｏｎｇ，ＺＨＵＺｈｅ ｍｉｎｇ，ｅｔａｌ．ＡｎａｌｙｔｉｃａｌａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆＴｓｔｒｅｓｓｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｃｌｏｓｅｄｃｒａｃｋｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１８，３７（６）：１３４０－１３４９．）［１２］ＢｅｌｙｔｓｃｈｋｏＴ，ＢｌａｃｋＴ．Ｅｌａｓｔｉｃｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈｉｎｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｗｉｔｈｍｉｎｉｍａｌｒｅｍｅｓｈｉｎｇ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｆｏｒＮｕｍｅｒｉｃａｌＭｅｔｈｏｄｓｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９９，４５（５）：６０１－６２０．［１３］刘红岩．考虑Ｔ应力的岩石压剪裂纹起裂机理［Ｊ］．岩土工程学报，２０１９，４１（７）：１２９６－１３０２．（ＬＩＵＨｏｎｇ ｙａｎ．ＩｎｉｔｉａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｃｒａｃｋｓｏｆｒｏｃｋｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄｓｈｅａｒｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇＴ ｓｔｒｅｓｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１９，４１（７）：１２９６－１３０２．）［１４］曹金凤，王旭春，孔亮．Ｐｙｔｈｏｎ语言在Ａｂａｑｕｓ中的应用［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１１．（ＣＡＯＪｉｎ ｆｅｎｇ，ＷＡＮＧＸｕ ｃｈｕｎ，ＫＯＮＧＬｉａｎｇ．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＰｙｔｈｏｎｌａｎｇｕａｇｅｉｎＡＢＡＱＵＳ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＭａｃｈｉｎｅＰｒｅｓｓ，２０１１．）［１５］黄志刚，孙洪祥，黎然．基于ＧＭＴＳ准则的岩石复合型断裂机理研究［Ｊ］．力学季刊，２０１８，３９（３）：６３８－６４４．（ＨＵＡＮＧＺｈｉ ｇａｎｇ，ＳＵＮＨｏｎｇ ｘｉａｎｇ，ＬＩＲａｎ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｍｉｘｅｄｆｒａｃｔｕｒｅｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆｒｏｃｋｂｙｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｍａｘｉｍｕｍｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｔｒｅｓｓｃｒｉｔｅｒｉｏｎ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＱｕａｒｔｅｒｌｙｏｆＭｅｃｈａｎｉｃｓ，２０１８，３９（３）：６３８－６４４．）（责任编辑：钟 媛 英文审校：尹淑英）２１１沈 阳 工 业 大 学 学 报 第４５卷。
XFEMtutor问题汇总
《ABAQUS6.9版本XFEM(扩展有限元)例子的详细图解step by step》帖子的问题汇总已做出解答部分1、问一下为什么要添加赋予材料取向，谢谢！答：①我也试了，材料方向可以不设置。
同时Damage Stabilization也必须设置，否则不收敛。
Damage Stabilization是为了增加收敛性的，如果一个问题的非线性程度比较低，比如损伤应力比较低，相对应需要的能量也比较少的情况下，很容易收敛，所以就不需要Damage Stabilization，如果问题属于高度非线性，不设置这些参数，问题就可能发散。
兄台感觉如何？②发现这里有个多余的步骤，设置方向，对各向同性材料截面设置中选择homogeous 后，不用再设方向！2、Material模块中的操作的“3.赋予材料取向”时看不到“在part Plate中创建的4个集合：all，bottom，top和fixZ”，为何？答：能看到all这个集合，看不到bottom, top和fixZ,个人感觉后三个集合只是面或者点，而包含材料的集合只能是一个体集合，所以在赋予材料属性的时候将后面三个集合过滤掉了。
不知道是否正确？回复：果真如此！3、集合bdisp是只包含db这个点，还是包含db这个点和装配体？答：应该是bdisp这个集合只包含db这个点，因为在接下来的定义接触方程时，用到bdsip集合作为第二行，必须是只包含点。
如下图的提示中所述。
另外：对于定义这个方程的作用以及对于计算结果的后处理，希望楼主能再给出些讲解。
（P2）4、关于参考点的问题①定义这个方程的作用是将一个面的运动与一个点的运动相联系。
具体到此例，即为：底面bottom在x（自由度1）方向上与点bdisp的运动一致。
因为在x方向上的载荷是施加在点bdisp点上。
②回复楼主：谢谢楼主的讲解！另外，不用参考点加载，去掉参考点与底部的方程约束直接将底部的x方向载荷加载在底面上，计算出来的结果是一样的，不知道设置这个参考点的意义何在？或许是考虑到收敛性的问题吗？③个人认为加这个参考点的作用是为了以后输出加载点的位移和反力用的。
AbaqusCAE高级实用技巧
Abaqus/CAE高级实用技巧作者：来源：《计算机辅助工程》2010年第03期收稿日期:2010,07,12 1 Abaqus新提出的扩展有限元法(Extended Finite Element Method, XFEM)在解决裂纹扩展问题时有何优点?如何在Abaqus/CAE中设置?对于裂纹扩展问题,传统的有限元法一般采用预先埋设裂纹路径或网格重新划分的方法,让其沿网格扩展,这对模型网格的要求非常高.XFEM能克服以上弊端,在应力集中或裂纹尖端等高应力区域自动将每个单元剖分为2个单元,在模拟裂纹生长时无须重新剖分网格.XFEM在计算精度上可满足要求,且在划分网格时无须考虑裂纹界面,在裂纹尖端应力奇异场附近不要求过密的网格,当裂纹扩展时不必重新划分网格,允许单元断开,可解决传统裂纹扩展分析中网格须重新划分的难题,适于模拟任意裂纹动态扩展问题.XFEM在Abaqus的设置也很简单,用户设定好材料等相关参数后,对模型进行XFEM的相关设置即可.所有定义可很方便地在Abaqus/CAE中完成,与XFEM的相关设置有:图 1 Create Crack对话框(1)切换到Interaction模块,在主菜单栏中选择Special→Crack→Create,弹出Create Crack对话框(见图1),选择XFEM,单击Continue后选择裂纹区域,确定后进入Edit Crack对话框(见图2),用户可设置允许裂纹扩展、裂纹位置和contact property等参数.图 2 Edit Crack对话框(2)在Step模块中定义场输出时,需定义XFEM状态变量STATUSXFEM,以便在View后处理器中查看裂纹的相关结果.在Edit Field Output Request对话框中可选择变量STATUSXFEM(见图3).图 3 Edit Field Output Request对话框(部分)2 如何在Abaqus/CAE中实现流固耦合分析?DS SIMULIA公司于2010年开发出第3个求解器——计算流体动力学求解器Abaqus/CFD.它基于混合间断有限元法/有限体积法和有限元法,可解决与层流和湍流相关的流体力学问题在Abaqus/CAE中,用户可尽可能地使用现有工具进行定义,使得不管是计算流体力学专家还是初学者都感觉像使用为实现流固耦合而建立的CFD前后处理工具的功能一样.用户不用通过第三方软件就可以在Abaqus/CAE中方便地实现Abaqus/Standard,Abaqus/Explicit与Abaqus/CFD的耦合,实现真正意义上的流固耦合操作过程为:(1)用户需要定义2个模型的属性,一个定义为Standard/Explicit模型,另一个定义为CFD模型.在Abaqus/CAE的模型树中双击Models,出现定义模型属性的对话框(见图4),选择模型类型即可.图 4 定义模型属性的对话框(2)定义2个模型各自的部件、材料属性、分析步、载荷和边界条件等.(3)耦合2个模型.具体操作为,激活其中1个模型,双击模型树中的Interaction,进入Create Interaction对话框(见图5),选择Step以及Fluid,Structure Co,simulation Boundary,点击Continue 并选择耦合面后,进入Edit Interaction对话框,点击OK完成定义.另一个模型亦按照上述方法定义.图 5 Create Interaction对话框(4)建立耦合Job.在模型树中双击Co,execution,进入Edit Co,execution对话框(见图6),设定计算模型及参数.图 6 Edit Co,execution对话框3 如何实现求解器Abaqus/Standard与Abaqus/Explicit的协同仿真?求解器Abaqus/Standard 和Abaqus/Explicit各有优缺点对于应变变化较小且没有接触等非线性因素不强的区域,前者可很快收敛,且事件增量步可以设置得比较大;对于应变变化较大或复杂的接触区域,后者不存在收敛性,所以对该类问题计算速度很快二者的协同仿真可充分利用其各自优点,对于应变变化不大且没有接触或接触状态不复杂的区域,可用Abaqus/Standard计算,而对于应变变化较大或接触状态复杂的区域,用Abaqus/Explicit计算可大大提高计算效率.协同仿真的实现方法为:(1)定义Standard和Explicit 2个模型.首先在Standard模型中将所有部件装配好,然后将其中要用于Explicit计算的部件拷贝到Explicit模型中.实现方法为:在主菜单栏中选择Model→Copy Objects,弹出Copy Objects对话框(见图7),根据需要将Standard模型中的相关instances拷贝到Explicit模型中.图 7 Copy Objects对话框(2)激活Abaqus/Standard模型,在模型树中选中需要Link的部件,点击鼠标右键,选择Link Instances,弹出对话框(见图8),继续即可.Link完成后,这些Instance在Standard模型里将显示成灰色,便于用户检查模型.图 8 Link Instances对话框(3)分别定义2个模型的分析步、载荷和边界条件等.(4)激活Abaqus/Explicit对应的模型,双击模型树中的Interaction,进入Create Interaction对话框,选择Standard,Explicit Co,simulation,点击Continue后,选择联合仿真面或者点,进入Edit Interaction对话框(见图9),完成相关定义即可.图 9 Edit Interaction对话框(5)在模型树中双击Co,execution,进入Edit Co,execution对话框,设定计算模型及其他参数,完成后点击OK结束定义.(待续)。
掺杂软质空心小球对质子交换膜内裂纹捕捉能力的研究
2021 年4 月Apr 2021第43 卷第2 期Vol43 No2菏泽学院学报JournalofHezeUniversity掺杂软质空心小球对质子交换膜内裂纹捕捉能力的研究杜新，朱亚南(长春理工大学机电工程学院，吉林长春130022)摘 要:质子交换膜在制造和使用中均会产生裂纹等缺陷，极大影响了其使用时间•借助扩展有限元方法研究掺杂软质空心球的捕捉和控制裂纹的扩展，延长实际工作时间.结果表明，多个小球同时掺杂相比于 单个掺杂的最大作用距离会适当减小；多层掺杂比单层掺杂所需小球个数要少得多；适合的小球排布方式为分层错位排布，能有效降低软质球所占体积比；分层错位排布可以安全控制裂纹的进一步扩展;根据选定材料，在分层错位掺杂方案下排布两层，每层约400〜440个,两层间间距为3.0 R(R 为掺杂空心孔的半径).关键词：质子交换膜;疲劳裂纹；空心球;扩展有限元法;掺杂中图分类号:TM911 文献标识码：A文章编号：1673⑵103(2021)02-0042-05引言质子交换膜燃料电池被认为是下一代动力源的理想方案,提高耐久性是其商业化成功的关键之一.由于质子交换膜被机械地约束在燃料电池中,电池 工作状态变化导致电池内水分改变［1］，因此，在湿热变化过程中其动态吸水特性会产生周期性的机械应力，并在应力集中的位置引发裂纹及扩展囚.裂纹扩展会导致氢气渗透加剧、局部高温等许多负面影响. 阻止和减缓膜内裂纹扩展，提高燃料电池耐久性成为各国学者研究热点.目前对膜内裂纹的研究主要从两个方面展开，一是改善电池运行工况,通过减少工作温度、相对湿 度、氢气压力和电池电势等，降低裂纹对氢气渗透的影响•二是改变电池内的结构和材料,如自增湿膜在质子交换膜内掺杂催化剂Pt 颗粒，提高膜内水含 量［］.Wang 等研究在膜内掺杂微胶囊，当其和膜内缺陷(例如裂缝和针孔)相遇时，胶囊破裂并释放预 填充的Nafion 溶液,就地修复缺陷⑷.通过掺杂改变材料机械性能是复合材料研究中常用的方法，硬质掺杂可使裂纹远离掺杂物，而软质掺杂会吸引裂 纹.吕斐等研究发现孔洞产生的应力集中对裂纹扩 展也会产生“吸引”作用囚.同时,Stefan 等研究发现液态水可以密封针孔,消除对流气体的交叉,从而减轻缺陷处的局部膜降解［］.综合上述研究，提出通过 掺杂空心微球，吸引裂纹•当空心微球破裂,释放裂 尖附近应力场，球内封装的水或修补液可以减缓或阻止裂纹扩展带来的氢气渗透，最终起到提高耐久性的作用•为此，本文通过扩展有限元法研究空心掺 杂小球对裂纹的吸引作用，确定能捕捉裂纹的掺杂数量,为掺杂方案提供科学依据.1有限元模型本文采用扩展有限元法(Extended Finite Ele ment Method , XFEM )研究裂纹扩展.通过 ABAQUS 用户自定义单元实现XFEM 计算.材料 性质参考杜邦生产的Nafion(115)膜，其弹性模量 为E =249 MPa,泊松比v =0. 3；掺杂小球内空心孔 半径A R =10 y m,整体小球半径R = 13 y m,弹性模 量A E =E ,泊松比v = 0. 3.考虑膜厚远远小于横向 尺寸，本文采用二维模型，实际膜厚127 y m,实验中 膜厚设为120 y m,截取横向尺寸为膜厚的2倍.模 型加载如图1上边界施加F =1 MPa 的应力，下边界固定，左右两边界自由.不考虑裂纹扩展停止，开 裂角的计算采用最大拉应力强度理论计算，强度因 子根据相互作用积分得到•计算流程如图2所示.*收稿日期：2021-01-29基金项目：吉林省科技发展计划项目(JJKH20181126KJ )作者简介:杜新(1975—)，男，吉林长春人，副教授，博士，研究方向:氢氧燃料电池建模和仿真.422021 年杜新,等:掺杂软质空心小球对质子交换膜内裂纹捕捉能力的研究第2期图2裂纹扩展计算流程图计算结果表明，最大横向作用距离为1. 7 R <L max W 1・9 R ；最大横向作用距离随空心球半径的增 大而增大;空心球壳厚对最大作用距离影响不明显; 最大作用距离随膜球之间弹性模量比的增大而增大．在实际应用中，掺杂小球总是密集分布且分布 规律比较复杂，假设掺杂小球分布均匀•首先考虑两个相邻小球对裂纹扩展的影响.2.2两个小球水平排列下的裂纹扩展在膜上同一水平高度放置两个空心球， 莫的左 下角位于直角坐标系原点，单位ym,设一个球心位置为(40,120),另一个球心位置为(90,120),软质球半径R = 13 y m ,膜球弹性模量E /A E =1,距小球中 心线L 处添加初始裂纹L 的取值范围为0W L W2.0R ,如图4所示，裂纹扩展路径仿真试验结果如 图5所示.2分析和讨论2. 1单个空心球的影响与软质实心球对裂纹的影响类似，单个空心球膜厚度方向/n m图5两软质球水平掺杂下裂纹扩展路径研究发现,对于左边第一个软质球来说,其对裂 纹的最大作用距离仍然符合单一掺杂软质球的结论，旦在最大作用距离之外的裂纹如L =1. 90 R ,第一个软质球不能完全“吸引”，但是仍有被吸引的 趋势，当到达第二个小球作用区域内,会被第二个软432021年荷泽学院学报第2期质球“吸引”同时根据试验可知最大作用距离变为1.90R<L m ax<210R,在膜厚方向多个小球可以叠加“吸引”作用.2.3两小球竖直排列下的裂纹扩展现在竖直方向排列两个软质球,单位为y m,—个球心位置坐标为(40,120),另一个位置坐标为(40180),其他条件均不变，如图6所示，在不同位置下添加初始裂纹，裂纹扩展路径如图7所示.由仿真试验结果可知,当两软质球竖直排列时,每个小球的最大作用距离L mac缩小为1.50R左右,这是因为每个空心小球对裂纹都有“吸引”作用，但其对裂纹的“吸弓I”力作用方向相反,会互相抵消一部分，导致“吸引”能力变差；当改变L1的尺寸时, L1=3.0R〜7.0R,每个小球的最大作用距离L m ax 仍然为150R左右F图6两软质球竖直掺杂图7两软质球竖直掺杂下裂纹扩展路径虽然单层排布小球对裂纹的控制起明显有效的作用，旦裂纹在两空心球中间位置时,两球对裂纹的“吸引”作用力等大反向,受到两作用力的合力为零,在此区域空心球不能完全控制裂纹，研究发现当采用多层小球排布时,这一缺陷能被优化.2.4矩形分布阵列掺杂情况下的裂纹扩展考虑使用更多个小球分层排列的影响,首先按两层上下排列,膜的整体仍然采用初始模型,边界条件和加载均不变9在膜内排布两层9单位为ym：位置坐标为第一层(40,120)、(40,180),第二层(70, 120)(70,180).掺杂示意图如图8所示，在不同位置添加裂纹后的仿真试验结果如图9所示.F图8软质球阵列掺杂220200180-------1.R=l.0,Lmax=l.7OR-------2.R=1.0,L=l.9OR-------4.R=l.0,Lmax=l.7OR3.R=1.0,L=l.9OR2TV叵心蚩坐鑿⑹⑷2000020406080100120膜厚度方向/um图9软质球阵列掺杂下裂纹扩展路径在2.3节实验基础下讨论矩形排列分布对裂纹的“吸弓|”情况，吉果表明，在L i=30R〜7.0R变化的情况下，曾加矩形排列小球B、D后，求A、C最大作用距离外的裂纹可以被球B、D控制，相比于2.3节两小球竖直排列每个小球最大横向作用距离有所增大，艮据2.2节和2.3节，最有效的间隔距离L i=3.8R9此时每个小球的最大作用距离L max=442021年杜新,等:掺杂软质空心小球对质子交换膜内裂纹捕捉能力的研究第2期1.9R；但减小犔1的长度时,最大作用距离也会适当减小;另外，求AB、球CD之间的距离L2对小球最大作用距离的改变作用不明显，此时取L2= 4.0R,第一层小球的“吸引”起主要作用，第二层起辅助作用.2.5交错分布阵列掺杂情况下的裂纹扩展考虑在中间不可控制的部分掺杂一小球,中间的裂纹完全被此小球控制,具体实现如下.在两球中间交错排列一球可以控制两球中间的裂纹，所以膜内软质球最合适的排列方式是分层错位排布,膜的整体仍然采用初始模型,边界条件和加载均不变，在膜内分层错位掺杂软质球，单位为卩m,掺杂软质球的位置为第一层(40,120)、(40,180)，第二层(70,90)、(70, 150)、(70,210)共五个，掺杂示意图如图10所示，在不同位置添加裂纹后的仿真试验结果如图11所示.F图10软质球错位阵列掺杂膜厚度方向/um图11软质球错位阵列掺杂下裂纹扩展路径研究得知，验证2.4节所得结论并且阵列掺杂后能更有效的控制裂纹，旦当小球间距较大时，仍存在裂纹既不能被第一层小球(球A)也不能被第二层小球(球B)吸引的区域，这是因为球A、球C仍对裂纹有“吸弓I”作用，如图11中①和②.计算表明，阻止裂纹穿透的小球阵列每层中的间隔距离L1= 6.0R,考虑实际掺杂情况小球层与层配置下所需的间距L2—30R.3小球分布数量对于单层小球阵列分布,根据单个小球对裂纹最大作用距离1.7R C L maxd9R,单层分布多个小球，每个小球的最大作用距离L max约为1.5R左右,在每层错位分布间隔距离为3.0R,单位面积上(1mmX1mm)分布小球约770个;对于两层小球,有两种掺杂方案，矩形分布阵列掺杂排布方式参考图8所示，根据掺杂位置小球间隔距离L1—38R,每层间隔距离L2—4.0R,单位面积上(1mmX 1mm分布每层625个空心球, 需要排布两层；另一个为错位分布阵列掺杂的方案，小球排布方式参考图10,则在每层内小球间隔距离L1—6.0R,每层间隔距离L2—30R,单位面积上(1mmX1mm)分布小球约400〜440个，这种排布方式需要的空心球数量最少、对膜内质子透过性影响较小、对裂纹的控制程度更可靠.4结论(1)单个空心球可以吸引裂纹，最大横向作用距离为1.7R<L max<L9R；最大横向作用距离随空心球的半径增大而增大;空心球壳厚对最大作用距离影响不明显;最大作用距离随膜球之间的弹性模量比的增大而增大(2)膜内掺杂软质球最合适的方式是分层错位掺杂,能保证有效降低软质球所占体积比(更有利于质子传导)的同时尽量多的控制裂纹.(3)试验所参考质子交换膜型号为Nafion(115),实验表明空心球排布方式最优方案是单位面积(1mmX1mm)上错位掺杂排布两层，每层约400〜440个,两层间间距为30R参考文献：［门杜新，张宇.用开路电压研究PEMFC内氢气渗透影响［J］.长春理工大学学报(自然科学版),2019,42(5)：48-51452021年荷泽学院学报第2期[2]Aindow TT,O'Nei e of mechanical tests to predictdurabilityofpolymerfuelce l membraneunderhumidity cycling[J],Power Sources,2011,196:38-51.[3]李英，周勤文，张香平.质子交换膜燃料电池稳态自增湿性能分析[J].化工学报，2014,65：1893-1899.[4]Wang L,Advani SG,Prasad A K.Self-Healing Com-positeMembraneforProtonElectrolyte MembraneFuel Ce l Applications[J]JournaloftheElectrochemicalSo-ciety,2016,163(10)：1267-1271.[5]吕斐，缪新婷，周昌玉.孔洞对单边裂纹板裂纹扩展方向的影响[J].南京工业大学学报(自然科学版)，2017, 39(4)：86-92.[6]Stefan K,Matteo M,Alexander W.Factoss Determiningthe Gas Crossover through Pinholes in Polymer Electrolyte FuelCe l Membranes[J]ElectrochimicaActa，2012，80：240-247Crack Trapping Ability of Doped Soft Hollow Spheresin Proton Exchange MembraneDU Xin,ZHU Ya-nan(SchoolofMechanical&ElectricalEngineering，ChangchunUniversityofScienceandTechnology,Chaigchunjilin130022,China)Abstract:Proton exchange membrane(PEM)has defects such as cracks in its manufacture and use, whichgreatlya f ectitsservicelife Inthispaper，withthehelpofextendedfiniteelementmethod，the captureofdopedsoftho l owspheresisstudied，contro l ingthecrackpropagationandextendingtheactual workingtime Theresultsshowthatthemaximumactiondistanceofmultispheredopingatthesametime issma l erthanthatofsingledoping Thenumberofmulti-layerdopingismuchlessthanthatofsinglelay-erdoping Thesuitablelayereddislocationarrangementofsma l spherescane f ectivelyreducethevolume ratio of soft spheres.The layered dislocation arrangement can safely control the further crack propagation•Accordingtotheselected materials，underthelayereddislocationdopingscheme，thecrackpropagation can be controlled.Two layers are arranged,each is about400~440,and the spacing between the two is 3.0R(R is the radius of the doped hollow hole).Key words：proton exchange membrane；fatigue crack；ho l ow sphere；extended finite element method；doping(责任编辑:徐慧) 46。
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。