基于VCCT的裂纹扩展模拟.docxVIP

基于VCCT的裂纹扩展模拟虚拟裂纹闭合技术(VCCT)最初用于计算裂纹体的能量释放率。因此被广泛用于层合复合材料的界面裂纹扩展模拟，并假定裂纹扩展总是沿着预先定义的路径，特别是在界面处。基于VCCT的裂纹扩展模拟,当前可用的线性单元如plane182和solid185。基于VCCT的裂纹扩展模拟包含下述假定：·裂纹扩展沿着预先定义的路径·路径通过界面单元来定义·分析为准静态分析，不考虑瞬态效应·材料为线弹性材料，可以是各向同性，正交各向异性,各向性。裂纹可以位于一种材料或者两种材料的界面。断裂准则基于采用VCCT方法计算的能量释放率。可采用多种断裂准则或自定义的准则。同一分析中可定义多条裂纹。VCCT裂纹扩展模拟使用： ·界面单元INTER202（2D）和INTER205（3D） ·CINT命令计算能量释放率 ·CGROW命令定义裂纹扩展集，断裂准则，裂纹扩展路径和求解控制参数。12.1.1 VCCT裂纹扩展模拟过程基于VCCT的裂纹扩展模拟假定为准静态模拟。下面为进行模拟的主要步骤： Step1：建立预先定义裂纹路径的有限元模型 Step2：进行能量释放率的计算 Step3：进行裂纹扩展计算裂纹扩展模拟为非线性结构分析，这里详述了一些特点，特别是裂纹扩展的分析细节。12.1.1.1 Step1：建立预先定义裂纹路径的有限元模型标准的非线性求解过程需要建立有限元模型，有正确的求解控制设置，载荷和边界条件。预先定义的裂纹路径离散为界面单元，并分为一个单元组，如下图所示：图12.1?采用界面单元离散裂纹路径界面单元可以通过CZMESH命令划分或者能生成界面单元的第三方工具划分。MPC约束单元选项(KEYOPT(2) = 1) 在裂纹扩展前把潜在的裂纹面绑定在一起。当满足断裂准则时，MPC约束随后释放，从而裂纹扩展。在二维问题中，裂纹尖端后的一个界面单元如果在一个指定的子步满足断裂准则则可能张开。在三维问题中，裂纹前沿后的所有界面单元如果满足断裂准则可能张开。裂纹尖端/前沿周围的单元尺寸影响能量释放率的计算精度。当程序采用修正算法,可能不能产生精确的结果。改为沿着裂纹扩展路径使用相同单元尺寸的网格。12.1.1.2 Step2： 进行能量释放率计算基于VCCT的裂纹扩展模拟，必须首先进行能量释放率的计算。计算能量释放率，采用CINT,TYPE,VCCT命令，随后使用CINT命令指定其它选项比如裂纹尖端节点组和裂纹面/边的法向。VCCT计算采用下述假定：●当裂纹增加一个小量时，释放的应变能等于裂纹闭合相同的小量所需的能量●当裂纹扩展一个小量时，裂纹尖端（前沿）位置的裂尖场（变形）不变。当裂纹扩展接近边界或者两条裂纹彼此接近时假定不在适用。因此，使用VCCT计算要仔细检查分析结果。12.1.1.3.?Step 3 进行裂纹扩展计算裂纹扩展计算在应力计算之后，solution步进行。为了进行裂纹扩展计算，必须先定义裂纹扩展集合，然后指定裂纹路径，断裂准则，裂纹扩展求解控制。求解命令CGROW定义裂纹扩展计算所有必需的参数。进行裂纹扩展计算步骤如下： Step 3a：初始裂纹扩展集 Step 3b：指定裂纹路径 Step 3c：指定裂纹计算的ID和断裂准则 Step 3d：指定裂纹扩展的求解控制12.1.1.3.1 Step 3a：初始裂纹扩展集定义裂纹扩展集，使用CGROW,NEW,n命令，其中n是裂纹扩展集的编号12.1.1.3.1 Step 3b：指定裂纹路径定义裂纹路径，采用CGROW,PATH,cmname,其中cmname是界面单元组的名称。12.1.1.3.1 Step 3c：指定裂纹计算的ID和断裂准则指定裂纹计算ID,通过CGROW,CID,n命令，其中n是采用VCCT计算能量释放率的裂纹计算(CINT)的ID。（CINT命令定义的参数和断裂参数计算一致）对于简单的断裂准则，比如临界能量释放率，可以通过命令CGROW,FCOPTION,GC,指定，其中value为临界能量释放率。对于一些更复杂的断裂准则，可以通过材料数据表定义断裂准则。采用CGROW，FCOPTION，MTAB，matid命令，其中matid是材料表的材料ID号。有多种断裂准则可以使用，比如linear,bilinear,B-K,修正B-K，Power Law，和用户自定义的准则。更多信息请参阅TB，CGCR命令和Fracture criterial.对于每个裂纹扩展集，只可以定义一条断裂准则和一个单元组。可以采用不同的断裂准则来定义多个裂纹扩展集。多条裂纹可以同时扩展或者彼此独立。当多条裂纹位于同一界面时，也可以合并为一条裂纹，如下图所示： 图12.2 裂纹扩展和合并 也可以在各自的断裂扩展集中，对同一裂纹定义不同的断裂准则。裂纹可以基于不同的准则（根据