SMART裂纹扩展实例深度解析

传统的强度设计思想把材料视为无缺陷的均匀连续体，而实际工程构件中存在多种缺陷，断裂力学是一门弥补传统强度设计思想严重不足的新的科学。本文就ANSYS在断裂方面的分析能力进行案例说明。

19.0中新增加的裂纹生长的计算方法——SMART。关于SMART裂纹生长方法的主要特性在单元材料上仅支持各项同线弹性材料，在单元上必须使用SOLID187（二阶四面体单元）。

在裂纹生长计算过程中，忽略大变形和有限转动效应、裂纹尖端塑性效应、裂纹尖端压缩效应。裂纹生长是两个裂纹表面的分离过程，疲劳裂纹生长都是基于Paris法则进行计算的。Paris法则把应力强度因子变化区间和裂纹生长率在应力疲劳机理下建立关系。

C,m是Paris法则常数，这两个常数和材料特性和应力比有关。△K疲劳循环内的应力强度因子变化区间：

现在的SMART裂纹生长主要用于计算模式I主导的裂纹生长，同时也支持小的模式II裂纹生长。下面通过一个案例对SMART有一个基本的认识。

操作步骤：

1、使用SMART进行裂纹生长计算时，必须在材料中定义Paris规则，通过Engineer Data中选择Crack Growth Laws进行Pairs ‘Law的添加。

2、导入计算模型，在本例中建立了一个半径为10mm，高为30mm简单的圆柱结构。

3、在圆柱筒结构的外表面设置一个新的局部坐标系，如下图所示：

4、SMART裂纹生长必须使用SOLID187单元进行计算，因此需要对整个体进行选中，然后通过Tetrahedrons的划分方法和Patch Conforming算法进行网格划分，保证单元是二阶四面体SOLID187单元。

5、在最上方Model中插入Fracture进行裂纹分析计算，分别有三种裂纹计算方法。此处先以Semi-Elliptical Crack为例。选中之前设置的局部坐标，设置半径为2mm，网格划分方法为Tetrahedrons，打开Crack Faces Nodes。

6、插入SMART Crack Growth，在Initial Crack选中Semi-Elliptical Crack。

7、固定圆柱体结构的下端面，给结构的上端施加150MPa的压力竖直向上。

8、计算后，得到圆柱筒结构的应力分布如下图所示。

总结：断裂力学SMART技术能对结构破坏裂纹产生、纹的生长进行更好的预测，完善仿真分析的能力。

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