裂纹及其扩展形式:详细分类与解析

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裂纹首先要生成,然后表达的几种形式在ANSYS Workbench中有如下几种



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 或者在ANSYS 19.2版本及以前的版本有如下形式



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1.有网格的裂纹2D pre-mesh crack

将模型预先设置网格,然后添加pre-mesh crack,结果为可以看到应力强度因子和开口的尖端应力值,其结果可以获取需要的尖端的应力强度因子,一个2D的案例如下图所示

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其裂纹的动画效果如图所示

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2.将实体添加构造面的方式添加裂纹Arbitrary Crack

该方法需要添加一个构造面,并划分网格,网格自动加密尖端,其结果可以获取需要的尖端的应力强度因子,结果如下图所示



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其裂纹的动画效果如图所示



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3.有网格的Pre-Meshed Crack

其网格可以划分为六面体或者四面体,但对于裂纹扩展必须为四面体,其结果可以获取需要的尖端的应力强度因子,结果如下图所示

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其裂纹的动画效果如图所示


4.椭圆裂纹加载Semi-Elliptical Crack

该方法是最简单直接的一种方法,直接在表面添加合适的参数,即可生成网格,显示成椭圆的裂纹,显示需要的应力强度因子,该模型主要应用于管道一类的外表面,其案例如下图所示

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5.子模型方法添加裂纹

在整体模型中计算受力结果和应力分布,然后在子模型中添加裂纹,其结果同样能显示需要的应力强度因子

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以上为裂纹的加载方法,裂纹是零件破坏的主要形式之一,而裂纹扩展主要考察的是窄缝,并且有尖端的情况下在窄缝受到两侧力的作用,在其尖端产生大的应力,当应力达到破坏强度的情况下,裂纹继续向前扩展,然后尖端应力会下降,之后将停止扩展,结果可以查看裂纹扩展的距离和应力变化过程,目前ANSYS Workbench可以完成的裂纹扩展有以下几种


1.bond接触开裂扩展裂纹,沿着bond的线开裂,结果如下图所示,可以2D可以3D

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2.尖端裂纹自由smart扩展裂纹,采用静力单次扩展,扩展方向未知

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3.尖端裂纹表面椭圆方式裂开,表面裂纹开裂

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