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ANSYS 可以做金属材料的断裂力学分析，具体做法是：先对结构建模，对初始裂纹的建模有一些特殊要求，主要是在裂纹尖端处需要采用奇异单元 (边中间节点移动到距裂纹尖端 1/4 边长处)。在求解出应力等以后，再在后处理中计算裂纹尖端处的 K 因子或 J 积分，等。在 ANSYS 的帮助文件中有一个例子，你可以仔细研究一下。

问一下哥哥姐姐们ansys怎么做套管裂缝分析问题啊

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1引言

某油井固井施工中使用某厂生产的 Φ 244.5X11.99mm N80 偏梯形螺纹套管，作业过程中发现，距井口 723m 及 1670m 两处套管柱发生泄漏。经井下超声波照相检测，以上两处套管内壁均存在纵向裂纹缺陷，且距接箍部位较近。
对于上述问题，生产厂认为，该批套管是经过检验符合 API 标准出厂的；但油田认为，由于受工厂管理水平影响，存在该批套管出厂前有可能漏检，而且，该批套管到货后，由于未进行严格的商品检验及下井前的生产检验，故发生泄漏的两部位套管管体内壁很有可能存在漏检的超标缺陷（如折叠或裂纹等），并在固井试压过程中发生管体纵向破裂，导致水泥浆短路。
为此，有以下问题需要澄清：
（ 1 ）如果该批套管经检验是符合 API 标准交货的，但由于 N80 钢级生产中采用非调质在线常化工艺，材质韧性分散度较大，对于韧性较低者，管内壁若存在接近 -12.5 ％ t 的纵向缺陷（折叠或裂纹），施工过程中该缺陷是否会引起裂纹扩展以致开裂。
（ 2 ）根据断裂力学理论，管体内壁若存在纵向缺陷，在承受内压力的作用下，裂纹失稳扩展的临界抗力取决于材质的断裂韧性、裂纹深度及加载环向应力。当材质及热处理条件一定后，裂纹的失稳扩展便与裂纹尺寸及环向应力有关，若裂纹较深，则较低的内应力即会引起裂纹扩展；反之，则需要较高的内压应力。因此，失效套管在固井施工中的外加载荷条件下，究竟多大的表面缺陷会导致管壁开裂，需进行计算。
本文即在该批套管检验的基础上，通过断裂力学分析，确定套管导致泄漏的临界缺陷尺寸，为事故性质判定提供参考。

2套管检验结果

套管成品检验，包括外径测量、壁厚测量及机械性能测试。结果如下：
2.1 几何尺寸

表1、套管外径测量结果单位：mm

检验编号	D1	D2	D3	D4
1	246.1	246.0	246.3	246.4
2	246.3	246.4	246.2	246.5
3	246.1	246.2	246.3	246.4
4	246.4	246.1	246.3	246.5
5	246.1	246.0	246.2	246.3
6	246.2	246.1	246.3	246.4
7	246.4	246.0	246.2	246.3
8	246.3	246.1	246.5	246.6
9	246.1	246.0	246.2	246.3
10	246.4	246.4	246.3	246.3
API标准规定	+1.0% -0.5%		D（Max=246.95mm，Min=243.28mm）

表2、套管壁厚测量结果单位：mm

检验编号	A	B	C	D	E	F	G	H
11	12.44	12.54	12.16	12.42	11.59	11.60	12.09	12.69
12	12.10	12.42	12.40	12.44	12.12	11.64	12.20	12.17
13	11.90	12.51	12.74	12.57	11.73	11.74	12.50	12.41
14	11.91	12.36	12.83	12.89	11.83	11.00	12.33	12.16
15	11.90	11.98	12.40	12.67	12.20	11.91	12.57	12.38
API标准规定	-12.5%t（≥10.49mm）

从以上测量结果可以看出，实测套管成品外径最大 Dmax ＝ 246.6mm ，最小 Dmin ＝ 246.0mm ，平均外径 D=246.3mm ；壁厚最大 tmax=12.89mm ，最小 tmin ＝ 11.00mm ，平均壁厚 t ＝ 12.26mm 。
整体来看，套管外径偏正公差，不圆度不超过 0.25 ％；但壁厚分散度较大，壁厚不均度为 9.0% 。
2.2 机械性能

表3、套管机械性能检测结果

检验编号	状态	σbMPa	σt0.5MPa	δ%	AkvJ	SA%
16	常化	848	567	33.0	29，29，30	10，10，10
17	常化	861	571	33.0	30，32，33	10，10，10
18	常化	846	563	34.0	40，37，32	10，10，10
19	常化	855	580	32.0	24，16，21	10，10，10
20	常化	935	628	28.5	20，17，19	10，10，10
API标准规定		≥689	552~758	≥18.5	≥16	/

注：冲击试验温度为 0 ℃ 。
从以上检测结果可以看出，该批套管的机械性能参数符合 API 5CT 标准的有关规定。

3计算参数选择

此油井属于探油气井，设计井深 4000m ，井口压力 26MPa ，井下温度为 150 ℃ （约 4000m 处）。
3.1 轴向载荷
在下套作业中， φ 244.5x11.99mm 套管下入深度为 3690m ，在水泥浆浮力作用下，套管下部受压缩，上部受拉伸，实际受力如下图所示：
根据井下超声波照相结果，在水泥浆发生短路的 723m 及 1670m 处只发现纵向裂纹。因此可以认为，套管柱所受轴向应力不是造成管体破裂的主要原因。
3.2 内压力
根据力学分析，套管壁出现沿轴向的纵向裂纹，主要是由管内压力引起的沿管壁环向应力造成的，而该管曾承受过以下几种内压力：

图1 井下套管实际拉伸载荷

1 ）根据 API 5CT 标准规定，工厂静水压试验压力为 43.4MPa ；
2 ）下井后第一次试压压力为 26MPa ；
3 ）下井后第二次试庄压力为 18MPa ；
4 ）下井后第三次试压压力为 15MPa 。
套管承受内压力时，计算管内壁及外壁应力的公式 [1] 如下（如图 2 所示）。

( 计算内壁应力 )
（计算外壁应力）

表4 套管受内压力载荷下内、外壁应力计算结果
内压力值 Mpa	内壁应力 Mpa	外壁应力 MPa
43.4	465.8	422.0
26.0	278.8	253.0
18.0	193.0	175.0
15.0	160.8	145.8

分别计算套管在以上 4 种内压力情况下。套管内、外壁所受应力，如表 4 所示：
根据以上计算结果，比较内外壁应力值大小可知，套管内壁所受应力均大于外壁应力，故以下计算中将以内壁为计算对象，这样的结果具有代表性及典型性。
3.3 应力强度因子表达式及其模型
根据套管所受内压力载荷及管壁存在纵向裂纹建立断裂力学模型，如图 3 所示：
应力强度因子表达式为 [2] ：

其中 Kl —应力强度因子；

F —应力强度因子系数；
σ —载荷；

a —纵向裂纹深度。

3.4 材质断裂韧性指标的确定图 3 断裂力学模型
材质断裂韧性 KIC 由材质屈服强度及 σ S 及冲击韧性 Akv 决定。其关系表达式 [3] 为：

即
3.5 裂纹尺寸确定
根据 API SPEC 5CT 标准规定，管体壁厚不应小于公称壁厚的 87.5% ，此种套管的公称壁厚为 ll.99mm ，计算以下两种壁厚情况下的值：
1 ）裂纹尺寸深度为壁厚的 12.5 ％，则 α = 1.5mm ；
2 ）裂纹尺寸深度为壁厚的 25.0 ％，则 α = 3mm ；

4计算结果

4.1 根据材质的屈服强度和冲击韧性计算材质断裂韧性 KIC 。

由表 3 机械性能检测结果，取 σ s ＝ 563MPa ； Akv ＝ 16J
则计算得： KIC ＝ 61MPa · ml ／ 2
4.2 内压力载荷下的应力强度因子计算
（ 1 ）取管壁缺陷为管体壁厚的一 12 ． 5% （符合 API 标准），此时 α ＝ 1.5mm ； F ＝ 1.14 ，则 KIC 值如表 5 。
由于 KI ＜ KIC ，故套管不会开裂。

表5 应力强度因子计算结果（裂纹深度α=1.5mm）
内压力值 Mpa	环向应力 Mpa	KI MPa·m1/2
43.4	465.8	36.44
26.0	278.8	21.81
18.0	193.0	15.10
15.0	160.8	12.58

表6应力强度因子计算结果（裂纹深度α=3.0mm）
内压力值 Mpa	环向应力 Mpa	KI MPa·m1/2
43.4	465.8	56.97
26.0	278.8	34.10
18.0	193.0	23.60
15.0	160.8	19.67

（ 2 ）取管壁缺陷为管体壁厚的 -25 ％（不符合 API 标准），此时 α ＝ 3.0mm ， F ＝ 1.26 ，则 KI 值如表 6 。

表7不同内压力作用下允许存在缺陷深度计算结果
内压力值 Mpa	环向应力 Mpa	αc mm
43.4	465.8	3.2
26.0	278.8	5.7
18.0	193.0	8.1

由于 Ki ＜ KIC ，故套管不会开裂。

4.3 在各种内压载荷作用下该套管所能允许存在的缺陷深度临界尺寸计算公式为：
α c ＝
这里，取 KIC=61MPa · m1/2 ，则不同内压时允许的 α c 值如表 7 。

5结论

（ 1 ）该批套管的尺寸测量及机械性能检测结果，符合 API 有关标准的规定。
（ 2 ）若水泥浆短路处的纵向裂纹是由原始缺陷引起的，则内压力将是导致裂纹失稳开裂的主要原因。
（ 3 ）符合 API 标准规定壁厚（ ≥ 87.5 ％ t ）的套管不会因为该井实际内压力及工厂静水压力导致失稳开裂。
（ 4 ）有必要校核井身设计，并对工厂所做该套管的无损检测结果加以确认。
这是题目的参考资料
我想用ansys来做，但是根本就没有头绪。。哥哥姐姐们怎么弄，，能不能给个提示。。我查了资料都是做混凝土裂缝分析的。。