文档介绍：转载]ANSYS中应力强度因子与J积分的计算
已有 838 次阅读 2011-1-12 15:05 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记
裂缝应力强度因子用ANSYS中怎么求呀。另外,建模时,裂纹应该怎么处理呀,难道只有画出一条线吗?
首先说一下裂纹怎么画,其实裂纹很简单啊。只要画出裂纹的上下表面(线)就可以了,即使是两个面(线)重合也一定要是两个面(线);如果考虑道对称模型就更好办了,裂纹尖点左面用一个面(线),右边用另外一个面(线),加上对称边界约束。
再说一下裂尖点附近网格的划分。ansys提供了一个kscon的命令,主要是使得crack tip的第一层单元变成奇异单元,用来模拟断裂奇异性(singularity)。当然这个步骤不是必须的,有的人说起用ansys算强度因子的时候就一定要用奇异单元,其实是误区(原因下面解释)
好了,回到强度因子的计算。其实只要学过一些断裂力学都知道,K的求法很多。就拿Mode I的KI来说吧,Ansys自己提供了一个办法(displacement extrapolation),中文可能翻译作“位移外推”法,其实就是根据解析解的位移公式来对计算数据进行fitting的。分3步走,如果你已经算完了:
第一步,先定义一个crack-tip的局部坐标系,这是ansys帮助文件中说的,其实如果你的裂纹尖端就是整体坐标原点的话,而且你的x-axis就顺着裂纹,就没有什么必要了。
第二步,定义一个始于crack-tip的path,什么什么?path怎么定义??看看帮助吧,在索引里面查找fracture mechanics,找到怎么计算断裂强度因子。(my god,我这3步全是在copy帮助中的东东啊)。
第三步,Nodal Calcs>Stress Int Factr ,别忘了,这是在后处理postproc中啊。
办法是好,可是对于裂纹尖端的单元网格依赖性很大,所以用kscon制造尖端奇异单元很重要。curtain的经验是path路径取的越靠近cracktip得到的强度因子就越大,所以单元最好是越fine越好啊。
其实似乎也未必非要是这个样子,因为你完全可以不用ansys自带的这个”位移外推法“,你完全可以根据ansys算出来的位移和应力来自己算一下或者说外推一下,假设你知道应力或者位移在裂纹尖端的分布是什么,比如一型断裂的Ki~~Sy*sqrt(2*pi*r),这里Sy是y方向的应力,因此如果画Ki~Sy*sqrt(2*pi*r)的线图时,在r比较小的地方,基本上会是一个直线。为什么仅仅在这里是直线呢,因为出了这个区的话,就出了奇异主导区(singularity dominant zone),应力会受到远场的影响了。好了,就用这个近似直线区,把他拟合成一个直线方程,那么这条直线与Ki轴的交点就是r~0时的Ki值了,great! 正是我们所要的东西。
这里。这些描述起来似乎很难,不过你自己看看公式就知道怎么去推了。这样做的好处是什么呢?就是我门可以不用讨厌的kscon功能了,那么裂纹尖端的那层单元不一定非要式奇异单元了,只要做到足够的fine就可以了。而且通过自己去外推拟合一下,你可以更加深入的了解一下ansys和断裂力学的"内幕",其实没什么神秘的啊。
当然,还有别的办法求应力强度因子,同样也不用