ANSYS断裂分析实例

01 本文暂只涉及2-D断裂模型，所用单元为PLANE183。

02 裂纹用线表示，裂纹尖端的应力梯度很大，此处的单元不仅仅要细化，而且要使用奇异单元

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例一（位移外插法求应力强度因子）

问题描述:平面应变板中间有一个椭圆孔，且孔的长轴方向存在裂纹，如图:

有限元模型：

FINISH$/CLEAR

!units mm-kg-N

/PREP7

L=10$H=8$A=2$B=1$PRE=0.5

ET,1,PLANE183,,,2

MP,EX,1,2E5

MP,PRXY,1,0.25

!

K,1,A,0$K,2,L,0$K,3,L,H

K,4,0,H$K,5,0,B$K,6,A/2,3*B/4

K,7,3*A/4,0

L,1,2$L,2,3$L,3,4$L,4,5

LESIZE,ALL,,,20

!长边在一起，用段数控制单元尺寸

L,7,1$SPLINE,5,6,7,,,,1,0,0,0.5,-0.866,0

ESIZE,0.1

!短边在一起，用长度控制单元尺寸

ALLSEL

AL,1,2,3,4,5,6,7

KSCON,1,0.02

!裂纹尖端细化，并为奇异单元

AMESH,1

边界条件：

DL,1,1,SYMM

DL,4,1,SYMM

SFL,3,PRES,-PRE

求解：

/SOLU

ANTYPE,0

SOLVE

后处理：获取应力强度因子。

/POST1  

P1=NODE(3*A/4,0,0)

PATH,KI_PATH,3,,48

PPATH,1,1

PPATH,2,317

PPATH,3,313

KCALC,,,1

*GET,KI,KCALC,,K,1

*GET,P1_UY,NODE,P1,U,Y

*STATUS

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例二（交互积分法求应力强度因子）

问题描述:如上。

有限元模型：如上。

边界条件：如上。

定义交互积分法：

NSEL,S,LOC,X,A

NSEL,R,LOC,Y,0

CM,CTIP,NODE

CINT,NEW,1

CINT,TYPE,SIFS

CINT,CTNC,CTIP

LOCAL,11,0,A,0

CINT,NORM,11,2

CINT,NCON,6

CINT,SYMM,ON

ALLSEL

求解：如上。

后处理：获取应力强度因子。

/POST1

*GET,K,CINT,1,CTIP,1,,5,,K1   

*STATUS,K

两个应力强度因子的计算结果基本一致，将断裂韧性除以K，就可以得出安全系数，判断裂纹是否扩展。

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例三：（交互积分法求应力强度因子）

（整理自ANSYS的HELP）

例子位置索引:

有限元模型：

FINISH$/CLEAR

!units,inch-psi

/PREP7$/TRIAD,OFF

ET,1,PLANE183,,,2          

MP,EX,1,30e6

MP,PRXY,1,0.3

K,1$K,2,4$K,3,4,5                           

K,4,-1,5$K,5,-1      

L,1,2$L,2,3$L,3,4$L,4,5

LESIZE,ALL,,,20

L,5,1$ESIZE,0.2

KSCON,1,0.05              

AL,1,2,3,4,5$AMESH,1

边界条件：

DL,1,1,SYMM                   

DL,4,1,SYMM

SFL,3,PRES,-0.5641895

定义交互积分法：

NSEL,S,LOC,X,0

NSEL,R,LOC,Y,0

CM,CTIP,NODE             

ALLSEL,ALL

CINT,NEW,1                  

CINT,TYPE,SIFS               

CINT,CTNC,CTIP           

CINT,NORM,0,2                

CINT,SYMM,ON               

CINT,NCON,6

求解：

/SOLU

ANTYPE,STATIC

SOLVE

后处理：获取应力强度因子。

/POST1

*GET,K,CINT,1,CTIP,1,,5,,K1   

*STATUS,K