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Marc2013进行初始裂纹尖端的自动生成的设置方法

2014-05-21 11:52阅读:
Marc2013进行初始裂纹尖端的自动生成的设置方法

裂纹萌生和扩展研究对于核工业、石油和天然气工业、航空航天和其它工业都是很关键的,因为安全问题都是它们最为关心的。在Marc2013本版本中,断裂力学分析能力得到了进一步加强。3D结构的裂纹扩展能力已经可以沿着单元面的表面扩展,而采用网格重划分功能还可以模拟裂纹沿任意方向扩展。对于处理不规则裂纹前沿方面,虚拟裂纹闭合技术 (VCCT)得到了改善。
另外,增加了支持高阶四面体单元的功能。新加了一种采用VCCT计算应变能释放率和应力强度因子的方法,适用于在裂纹尖端采用1/4点的高阶单元的模型。
现在裂纹尖端可以用单元边、面甚至几何线和 NURBS 曲面来定义。基于裂纹尖端的定义,会自动生成新网格。该法简化了裂纹尖端的定义并使用户很方便研究裂纹在多种
不同位置的影响,不需为这些情态下分别划分网格。
Marc2013进行初始裂纹尖端的自动生成的设置方法
初始模型不存在裂纹尖端 初始裂纹尖端自动创建
Marc2013进行初始裂纹尖端的自动生成的设置方法
在自动创建的初始裂纹尖端基础上基于VCCT技术模拟裂纹扩展
初始裂纹尖端的在Marc2013中通过下图所示的工具Crack
Initiators
自动创建,这里使用者需要指定用于自动创建初始裂纹尖端的辅助曲面,类型为Faceted Surface,需要创建初始裂纹尖端的结构对应接触体名称(例如下图:rubber),以及后续基于VCCT技术模拟裂纹扩展的相关断裂力学参数设置(例如下图crack1),与之前基于VCCT定义裂纹扩展的相关断裂力学参数不同之处在于需要激活新增的Template Only选项,具体菜单设置可参考demo模型部分的详细介绍: Marc2013进行初始裂纹尖端的自动生成的设置方法
Crack Initiators初始裂纹尖端自动创建工具菜单
下面就以简单的演示模型介绍Marc2013中基于几何信息(曲线、曲面等)进行初始裂纹尖端自动创建的实现方法。
模型信息:下面采用Marc用户手册E卷中的第八章第119个演示模型介绍Marc2013中基于几何曲面进行结构初始裂纹尖端自动创建的实现方法。结构由橡胶材料构成,左侧端面通过与固定不动的刚体(fixed)粘接实现位移约束,右侧端面通过与载荷控制的刚体(loading)粘接对端面进行预载荷和往复加载的设置。分析包含两个工况,第一个工况进行预载荷施加,此时没有初始裂纹自动创建;第二个工况采用往复载荷作用,并激活初始裂纹尖端自动创建选项和裂纹扩展(包括网格重划分设置),使处于中心位置的半圆形初始裂纹自动创建并扩展,具体模型信息如下图所示:
Marc2013进行初始裂纹尖端的自动生成的设置方法
模型接触体显示
模型由低阶四面体单元构成,在初始模型的中心部位没有直接建立裂纹缺口,需要使用模型中提供的圆形几何曲面(如上图所示),以及Marc2013提供的初始裂纹自动建模工具Crack Initiators来设置。初始结构为一体结构,显示自由边时模型如下所示:
Marc2013进行初始裂纹尖端的自动生成的设置方法
初始结构显示自由边
在指定橡胶材料参数以及接触体定义后,首先基于VCCT技术指定疲劳加载模式下的裂纹扩展相关参数,疲劳载荷的周期为1sec,裂纹扩展的增量为4mm,裂纹扩展方向采用缺省的maximum hoop stress方法,具体如下所示:
Marc2013进行初始裂纹尖端的自动生成的设置方法
Crack1—VCCT裂纹定义
初始裂纹尖端创建以及裂纹扩展时裂纹尖端周围的网格采用全局网格重划分技术自动创建和扩展,这里采用了Patran 四面体网格生成器,通过距离控制单元尺寸变化,在距离裂纹尖端20mm以内的区域,对网格进行细化,接近裂纹尖端部位采用单元长度为3mm的网格进行重新划分,逐渐远离裂纹尖端时采用过渡网格,其他部位采用均匀的10mm单元尺寸划分。具体设置如下图所示:
Marc2013进行初始裂纹尖端的自动生成的设置方法
全局网格重划分定义菜单
通过Crack Initiators定义初始裂纹尖端自动建模参数,如下图所示,选中上一步定义的VCCT裂纹定义选项Crack1以及橡胶结构对应的接触体rubber,同时选择中心部位的圆形曲面,具体如下所示:
Marc2013进行初始裂纹尖端的自动生成的设置方法
Marc2013进行初始裂纹尖端的自动生成的设置方法
初始裂纹尖端自动建模定义菜单
分别定义预载荷和往复加载分析工况,预载荷工况采用1个增量步,在0.5秒内完成;往复加载工况采用11个增量步,在5.5秒内完成,激活全局网格重划分和初始裂纹建模选项。如下图所示,在分析任务中顺序选中预载荷和往复加载工况,并激活large strain选项,提交计算即可。
Marc2013进行初始裂纹尖端的自动生成的设置方法
打开结果后处理并读取计算结果,下图分别显示预载荷作用下结构的变形、往复加载开始施加后初始裂纹尖端自动创建、加载5.5秒后裂纹扩展的形状。
Marc2013进行初始裂纹尖端的自动生成的设置方法
预载荷作用下结构的变形
Marc2013进行初始裂纹尖端的自动生成的设置方法
往复加载开始施加后初始裂纹尖端自动创建
Marc2013进行初始裂纹尖端的自动生成的设置方法
加载5.5秒后裂纹扩展的形状
下图分别显示了不同时刻裂纹扩展方向的矢量图和裂纹的形状变化。
Marc2013进行初始裂纹尖端的自动生成的设置方法
往复加载开始施加后初始裂纹尖端自动创建
Marc2013进行初始裂纹尖端的自动生成的设置方法
加载3.5秒时裂纹形状和扩展方向
Marc2013进行初始裂纹尖端的自动生成的设置方法
加载5.5秒时裂纹形状和扩展方向

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