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基于abaqus模拟热障涂层裂纹的技术与方法 时 间：2012年11月27日 提纲 背景及目的 abaqus简介 abaqus中四种模拟裂纹技术的简介及实例 下一步计划 研究方向：CMAS对热障涂层失效的影响。 CMAS主要是影响热障涂层应力和温度分布，从而影响热障涂层脱落速度。 热障涂层脱落主要是由热障涂层中的裂纹状况决定。 有限元是将实际情况和理论联系起来最有效的工具之一。 通过对各种软件和技术的分析和实验找出适合于模拟热障涂层裂纹的软件和技术 目的： 背景及目的 Chen X. Surface Coatings Technology, 2006, 200: 3418-3427. abaqus能提供从热障涂层建模到有限元计算这整个过程所需的软件支持 abaqus最擅长于动态非线性分析 abaqus操作简单，使用方便 abaqus简介 理论 技术方法 应用类型 LEFM Damage debond cohesive element collapse element XFEM 脆性断裂 韧性断裂 1.线弹性断裂力学 （LEFM） 2.基于牵引分离规则的损伤力学 （damage base traction-separation laws） 理论模型 1.debond 2.cohesive element 3.collapes element 4.XFEM abaqus 技术 在分析步之前设置initial condition 在分析步中设置debond的条件 实现裂纹扩展模拟 1. debond 在abaqus中的操作步骤： 实例： 开裂前： 开裂后： 结果： 需预置裂纹和裂纹扩展路径 只适合于模拟脆性裂纹 能输出裂纹扩展时的能量释放率 特点: 给part设定cohesive属性断裂准则和厚度 2. Cohesive element 实现裂纹模拟 建立一个连接两个部件的part 在abaqus中的操作步骤： 实例： 开裂前： 开裂后： 结果： 适合模拟脆性或韧性裂纹 能输出裂纹扩展时的能量释放率 不一定要设置预置裂纹 只能沿预定裂纹扩展路径扩展 特点: 设置预制裂纹的扩展方向，裂纹尖端的奇异性参数 实现裂纹扩展模拟 3. Collapes element 在abaqus中的操作步骤： 实例： 开裂前： 开裂后： 参数设置复杂 需预置裂纹 裂纹可沿任意路径扩展 可模拟韧性或脆性裂纹 裂纹扩展距离有限 特点: 设置断裂准则和预值裂纹 模拟裂纹开裂和扩展 4. XFEM 在abaqus中的操作步骤： 实例： 结果： 开裂前： 开裂后： 不一定要设置预置裂纹 裂纹可沿任意路径扩展 不能输出裂纹扩展过程中的能量释放率 特点: 结论 由于热障涂层的裂纹大部分是脆性裂纹，研究中能量释放率是一个重要的参考指标，同时考虑操作过程难易情况，因此选择abaqus中的debond技术来模拟CMAS对热障涂层中裂纹的扩展的影响。 下一步计划 ?用abaqus建立覆盖有CMAS的热障涂层物理模型 ?将物理模型转化为数值模型 ?实现模型中裂纹的扩展