改进的紧凑拉伸试样的疲劳裂纹扩展分析 - ANSYS Workbench

改进的紧凑拉伸试样的疲劳裂纹扩展分析 - ANSYS Workbench

本教程包括改进的紧凑拉伸试样的逐步疲劳裂纹分析。

步骤 1：概述

这项工作的主要目的是提出混合模式载荷下线性弹性材料中裂纹扩展路径的数值模型，以及研究在恒定幅值载荷条件下改进的紧凑拉伸试样中孔洞的存在对疲劳裂纹扩展和疲劳寿命的影响。

ANSYS Mechanical（工作台）利用 ANSYS 中的一项新功能即智能裂纹扩展技术，准确预测恒定幅值载荷条件下的裂纹扩展路径和相关的疲劳寿命。

在线弹性断裂力学 (LEFM) 假设下，采用巴黎定律模型评估具有不同 MCTS 配置的改进紧凑拉伸试样 (MCTS) 的混合模式疲劳寿命。该方法涉及通过增量裂纹扩展分析准确评估应力强度因子 (SIF)、裂纹扩展路径和疲劳寿命评估。

疲劳裂纹扩展结果表明，疲劳裂纹始终被孔吸引，因此要么它只能弯曲路径并向孔扩展，要么它只能从孔中浮出并在孔消失后进一步扩展。就混合型载荷条件下裂纹扩展的轨迹而言，本研究的结果与文献中发表的几项裂纹扩展实验的结果相一致，这些实验显示了类似的观察结果。

本教程主要基于 Abdulnaser M. Alshoaibi 和 Yahya Ali Fageehi 的论文“线性弹性材料疲劳裂纹扩展路径的数值分析和寿命预测”。

第 2 步：设置

在 ANSYS Workbench 主菜单上拖放静态结构分析：

步骤3：工程数据（材料模型）

本教程选定的材料是“SAE 1020 碳钢”。

材料模型由各向同性弹性、拉伸屈服强度、拉伸极限强度和巴黎定律参数（C 和 m）组成。

步骤 4：几何（SpaceClaim 模型）

在 SpaceClaim 上创建的改进型压缩拉伸试样 (MCTS) 的尺寸如下所示：

步骤 5：定义裂缝（命名选择）

为了定义裂纹边缘和表面，必须使用“命名选择”菜单：

在定义裂纹前沿和裂纹表面时，下图中可见的边缘和表面被用作命名选择：

步骤 6：定义裂纹（预网格裂纹和 SMART 裂纹扩展）