基于ANSYS的平行雙裂紋斷裂分析

2017-03-27 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

1引言

傳統(tǒng)力學(xué)理論是長期以來在工程上對構(gòu)件強(qiáng)度或結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算的方法。它以材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)為基礎(chǔ),假定材料為均勻的連續(xù)體(避開客觀存在的缺陷和裂紋),計(jì)算時(shí)只要工作應(yīng)力不超過允許應(yīng)力,就認(rèn)為構(gòu)件或結(jié)構(gòu)是安全的。這種計(jì)算理論已有100多年的歷史,它在過去的工程實(shí)際中發(fā)揮了重要的作用。

但是,工程中的一系列的“低應(yīng)力脆斷”事故的發(fā)生,動(dòng)搖了上述的觀點(diǎn),為什么在工作應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度時(shí)就會(huì)破壞呢?人們通過觀察和研究,發(fā)現(xiàn)低應(yīng)力脆斷的主要原因是實(shí)際構(gòu)件中存在著各種缺陷和裂紋,所有低應(yīng)力脆斷事故的發(fā)生根源于這些存在于材料中原有的微小裂紋或缺陷。這一發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識到必須對含裂紋體作進(jìn)一步的研究,對微小裂紋作進(jìn)一步的分析。斷裂力學(xué)就是在這種情況下產(chǎn)生和發(fā)展起來的。

對于線彈性材料利用應(yīng)力強(qiáng)度因子作為材料失效的判據(jù),對彈塑性材料利用J積分做為材料失效的判決。計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子有很多種方法,如有限單元發(fā),邊界元法等,有限單元法能夠處理比較復(fù)雜的邊界,因此得到了廣泛的應(yīng)用。本文利用ansys作為計(jì)算工具,采用奇異單元計(jì)算平行雙貫穿裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子,并討論的了平行裂紋間距對其應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響。

2、建立模型及計(jì)算理論

圖2平行雙裂紋有限元模型及裂紋及裂紋尖端編號

圖3裂紋尖端的有限元模型

本文使用8節(jié)點(diǎn)plane183單元模擬裂紋尖端的奇異性,其相關(guān)的計(jì)算理論如下所述:利用有限單元法計(jì)算裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子的時(shí)候,位移法比應(yīng)力法的精度較高,因此本文采用位移法來計(jì)算裂紋尖端處的應(yīng)力強(qiáng)度因子。在裂紋尖端處的局部建立如圖1所示的坐標(biāo)系: