如何使用ABAQUS计算应力强度因子
如何使用ABAQUS计算应力强度因子
问题描述：以无限大平板含有一贯穿裂纹为例,裂纹长度为 10mm(2a), 在远场受双向均布拉应力σ =100N/mm2。按解析解,此I型裂纹计算出的应力 强度因子Kσaπ =396.23(N.mm-3/2)
以下为使用ABAQUS6.10的计算该问题的过程。
第一步：进入part模块
①建立平板part（2D Planar;Deformation;shell），平板的尺寸相对于裂纹足够大，本例的尺寸为100×50（mm）。
②使用Partation Face:sketch 工具，将 part 分隔成如图 1形式。
图1
第二步：进入property模块
①建立弹性材料；
②截面选择平面问题的solid，homogeneous；
③赋予截面。
第三步：进入Assembly模块
不详述。需注意的是：实体的类型（instance type）选择independent。
第四步：进入mesh模块
除小圈内使用CPS6单元外，其它位置使用CPS8单元离散（图2）。裂纹尖端的奇异在interaction 模块中（图4）考虑。
四边形单元CPS8
三角单元CPS6
图2
第五步：进入interaction模块
①指定裂纹special/creak/assign seam,选中示意图3中的黄色线,done！
②生成裂纹crack 1,special/crack/create,name：crack 1,type: contour integral. 当提示选择裂纹前端时,选则示意图的红圈区域,当提示裂纹尖端区域时选择红 圈的圆心,用向量q表示裂纹扩展方向(示意图3绿色箭头)。用同样的方法建 立crack2(示意图3中的蓝色 区域)。
special/crack/edit,对两个裂纹进行应力奇异的设置,如图4所示。
图3
图4
第六步：进入step模块
①在initial 步之后建立static，general 步。
②在output/history output requests/create/中创建 2 个输出变量，如图 5 所示。（分别定义crack 1和crack2 ）。其中Number of contours 的意义是： SIF是通过J积分算出的，J积分本来是线积分，在有限元计算中不方便，后来有人研究可以用环形区域积分代替，Abaqus 里J 积分的计算就是这样做的，积分围数1就是指计算J积分时取裂尖处奇异单元外第一圈单元作为环形区域算J积分，不同积分围数算出的应力强度因子应该相差不多，如果相差太多，就说明算的有问题。
图5
第七步：进入load模块
定义位移和荷载边界，如图6所示。
图6
第八步：进入job模块
提交计算。Mises应力分布见图7，在.dat文件中（图8）查看应力强度因子。
图7
图8
可见与 I 解析解的误差仅有2.5％。
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