多分析步下的裂纹扩展

CAEer吴皓 2023年8月31日浏览：1026 评论：1 收藏：5

本文用于说明如何将多个分析步（Step）组合起来进行裂纹扩展分析，并说明在瞬态分析步或具有多个子步（Increment）的分析步中出现的一些问题。

带有子步的分析步

在这一节中，描述FRANC3D如何处理有子步的分析步。从ABAQUS的一个简单的立方体模型开始，定义了三个静态分析步。约束底部以防止刚体运动，如图10.33所示，第1个分析步定义顶面的均匀拉力。第2和第3个分析步分别定义顶部左侧的一条拉力，以及顶部表面中心的一个集中力，图10.34。

图10.33 ABAQUS立方体顶面有拉力。

ABAQUS静态分析步被定义为在分析过程中产生子步，这可以被认为是瞬态分析的简化形式。ABAQUS的结果将包括每个分析步的每个子步的位移，图10.35。

图10.34 ABAQUS立方体的分析步2和3。

图10.35 ABAQUS立方体结果--多个分析步和子步。

把ABAQUS模型导入FRANC3D，并在正面定义了一个半圆形的表面裂纹，图10.36。

图10.36 立方体正面的半圆形表面裂纹。

插入裂纹，进行ABAQUS静态裂纹分析。编辑FRANC3D/ABAQUS分析的默认值，以便输出每一子步的结果，图10.37。ABAQUS为FRANC3D生成的结果（.dtp）文件将包含所有分析步的所有子步的位移。dtp文件可以在编辑器中打开，它应该有如下数据：

图10.37 ABAQUS分析的默认值，结果输出设置为每个子步。

一旦分析结束，.dtp文件被导入FRANC3D，就可以计算SIFs了。FRANC3D为每个分析步的每个子步计算SIFs。图10.38显示了分析步1的所有子步的I型SIFs。类似的图可以显示在分析步2和3中，图10.39-40。

图10.38 分析步1的所有子步的I型SIFs。

图10.39 分析步2的所有子步的I型SIFs。

图10.40 分析步3所有子步的I型SIFs。

一旦计算出SIF，就可以用它们来定义裂纹的扩展。必须定义一个载荷计划，它可能使用部分或全部SIF。例如，可以选择瞬态事件类型，然后选择所有分析步和所有子步，图10.41。在这种情况下，FRANC3D将通过所有的SIFs来寻找Kmax和Kmin。

随着裂纹的扩展，ABAQUS分析有可能为一个分析步产生不同数量的子步。例如，如果使用ABAQUS的自动时间步长，就会发生这种情况。

一个使用所有子步的瞬态事件载荷计划将不会受到影响。然而，如果选择了一个特定的子步，图10.42，而这个子步在每个裂纹扩展步中都不存在，那么裂纹扩展和/或疲劳周期计数就会受到影响；下一节节描述了一个这方面的例子。

图10.41 使用所有分析步和子步的瞬态载荷计划事件。

图10.42 为一个分析步选择特定的子步。

在上面的例子中，在定义载荷计划之前，对初始裂纹进行了静态裂纹分析。因此，FRANC3D已经从.dtp文件中读取了结果，并知道了子步。

如果用户不做静态分析，FRANC3D就不会对子步有任何了解。如果试图在插入裂纹后立即进行自动裂纹扩展分析，FRANC3D将呈现疲劳载荷计划对话框，只识别出分析步，图10.43。子步标记为"---"，表示子步是未定义的。

图10.43 选择分析步对话框-子步ID未定义。

通常建议在插入裂纹后做静态裂纹分析，因为这将使用户能够确保裂纹模型的结果与无裂纹模型的结果一致，并提供分析步的子步SIFs。

无子步的分析步

使用上一节中的模型，完成了六步裂纹扩展。定义了一个简单的载荷计划，使用所有三个分析步的最后一个子步的总和，图10.44。这个载荷计划的周期数如图10.45所示。

图10.44 使用最后一个子步之和的简单周期性加载事件。

图10.45 使用最后一个子步之和的简单循环载荷事件的周期计数。

对于同一模型，在第4步裂纹扩展时，如果用户不小心关闭了从ABAQUS输出所有子步的选项（见图10.37），周期计数将受到影响。图10.46显示了裂纹扩展步4和分析步2的SIF；注意子步下拉菜单是灰色的，因为只有最后一个子步的SIF。图10.47显示了裂纹扩展步3的相同图，其中显示了所有子步的SIF。