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第39卷 第2期 航 空计 算 技 术 Vol_39No．2 2009年 3月 AeronauticalComputingTechnique Mar．2009 虚拟裂纹闭合法在 MSC．Patran中的二次开发 旦 张允涛，黄其青，殷之平 (西北工业大学 航空学院，陕西 西安 710072) 摘 要：讨论了虚拟裂纹闭合法在工程软件中的实现策略，以MSC．Patran为平台，利用其强大的前 后置后处理功能，使用PCL语言开发了二维和三维虚拟裂纹闭合法计算模块和用户图形界面，通过 二维和三维算例验证了虚拟裂纹闭合法计算模块的正确性。 关键词：虚拟裂纹闭合法(VCCM)；应力强度因子(SIF)；网格划分；节点力；MSC．Patran；二次开发 中图分类号：0242．21 文献标识码：A 文章编号：1671—654X(2009)02—0041—05 引言 u是裂尖张开位移，r，是应力，r是积分点到裂尖 的距离。能量释放率 G如下式 有限元分析 中常用的应力强度因子计算方法有位 W 移法、应力法 ¨以及虚拟裂纹闭合法 (VCCM，又称 lira = … △ 0△『u㈩ 一Ac)dr(2) VCCT)等。位移法和应力法的精度都依赖于裂尖单元 有限元分析中，闭合裂纹从 到 i状态需要做的功 的奇异性假设，在实现和操作 中往往存在 困难。虚拟 的一般形式为 裂纹闭合法最早由Rybicki和Kanninen提出并应用在 二维裂纹问题 中 J，之后被发展并推广到三维裂纹 问 W=÷Fu (3) 题 中_3-5]。虚拟裂纹闭合法只需裂纹前缘的节点力和 F为 f点的节点力，=u一 -为裂纹上下面相对 张开位移就可以得到能量释放率 G和应力强度因子 位移。 K_6。J， 因此在有限元中的实现更为简单、方便 ，然而 目 前在大型工程软件中却很少得到应用。本文在总结 已 有的虚拟裂纹闭合法的公式的基础上，以MSC．Patran 为平台，使用 Patran的PCL语言开发了二维和三维裂 纹问题的虚拟裂纹闭合法程序和用户界面，并通过算 例验证了程序的正确性。 1 虚拟裂纹比合法的基本概念和公式 1．1 二维虚拟裂纹闭合法 (2DVCCT) 虚拟裂纹闭合法根据 Irvin能量理论提出，该理论 图 1 二维 四节点QUAD单元 假设裂纹扩展 中释放的能量等于闭合裂纹所需要的能 量(功)。如图1所示，假设裂纹扩展了Ac后，裂纹前 二维四边形单元中能量释放率计算公式 如下 缘的形状无明显变化，即裂尖在扩展后的 点时f点的 1 n 张开位移与裂纹尖端在 f点时n点的张开位移相等。 G，= 1∑ “ (，=1，2) (4) 0 — l Irvin给出的闭合 点裂纹状态到Z点裂纹状态功的积