ANSYS与ABAQUS中断裂力学的对比(二) - 学研谷:研究性学习阵地

ANSYS与ABAQUS中断裂力学的对比(二)

在断裂分析中,裂纹扩展指的是裂缝的大小会随着载荷的加大而扩展,与静止裂缝不同的是,在裂纹扩展过程中,需要不断的计算裂纹扩展指标(例如G、K等),并且要随着重置裂缝的初始状态。

一般说来,模拟裂纹扩展有以下几种方法:

  • a.单元删除的方法:这个方法相当原始,其思路就是对裂缝路径上创建单元,当结构受力达到破坏准则的时候,对路径上的单元进行杀死(element death),即可形成裂缝,当然,在这项技术发展的后期,为了防止裂缝单元过小而导致计算太慢(为了保证裂缝的形态,单元必须很小才可以),采用粘结单元(cohesive element)减小这种效应,也是一种不错的改进。
  • b.释放节点的方法:这种方法也是比较通用,其思路就是对裂缝路径上的单元进行绑定(MPC),当结构受力达到破坏准则的时候,释放约束住的节点,形成裂缝扩展这个现象。
  • c.虚拟接触的方法:这个方法和释放节点的方法就非常类似了,只不过产生约束的不是MPC,而是绑定接触(bonded contact),当结构受力达到破坏准则时,接触失效,实现裂缝的扩展。
  • d.XFEM方法:扩展有限元方法(extended finite element method)当然是这几种方法中最新的了,ABAQUS在6.9版本中首先添加了此功能,ANSYS在17.0的时候也增加了这个技术,此外据说LS-DYNA也有这个功能,但是我没有找着,不过LS-DYNA做单元失效那么简单,这个功能不要也罢。

扩展有限元方法原理网上都有解释,简单几句也说不清楚,但效果却很明显,就是实现了裂缝在单元内部的生成,同时其扩展方向也可随意发展,不需要特意指定扩展路径,这个功能显然更为接近真实的情况,所以现在发展的非常流行。

接下来,就分别从上述思路介绍ANSYS和ABAQUS的区别。

1.ANSYS

1.1.Interface delamination:

ANSYS提供了Interface delamination工具实现节点自由度的释放,它支持两种方法,分别是VCCT和CZM方法,其实就是对应于两种断裂准则。

在创建模型的时候,对裂缝扩展路径上设置界面单元(interface element),将扩展路径上的单元节点进行MPC绑定,当interface element的受力达到破坏准则时,释放MPC的约束,实现节点的张开,宏观上就出现裂缝的逐步扩展的效果。

这个方法现在可以在workbench中实现,裂缝路径需要通过match control进行设置,其便利程度相较APDL还是方便了很多。

1.2.Contact debonding:

ANSYS还提供了一个Contact debonding的功能模拟裂缝,其效果和Interface delamination方法非常类似,凭肉眼怕是看不出差别的,但原理上却大相径庭。

Interface delamination方法是通过释放节点约束实现裂缝扩展,而Contact debonding相当于是释放绑定约束实现裂缝扩展,一个通过interface element读取断裂指标,一个通过contact element读取。

还有一点区别就是,Contact debonding方法只支持CZM的破坏准则,其效果如下:

1.3.XFEM方法:

ANSYS目前支持XFEM的单元有PLANE182单元和SOLID185单元,但目前不能通过workbench实现XFEM功能。

ANSYS可以实现两种方式的XFEM,包括Phantom-node method和Singularity-based method,两者的区别在于裂缝尖端是否能够停留在单元内部。

1.4两种方法的区别

在同类软件中,这个技术还是很犀利的,因为很多软件实现XFEM方法都无法让裂尖停留在单元内部,在XFEM方法所采用的富集单元(enrichment element)中,裂尖和裂缝是采用不同的水平集函数(level set function)表达的,所以我猜想是没有考虑裂尖形函数的原因,但具体的就没有细究了。

在定义初始裂缝的时候ANSYS就显得有点笨拙了,它采用XFDATA命令定义初始裂缝位置,但定义的方式是通过计算与单元四个节点的距离实现。

这个过程较为麻烦,但也算是能够实现裂缝的扩展。

2.ABAQUS

2.1.Cohesive element& Cohesive behavior

前面说过,在采用单元删除的方法模拟裂缝的时候会遇到一个无法避开的问题,就是如果要精确模拟裂缝尺寸,那么势必会要求单元尺寸极小,这导致计算的成本很高,而且网格划分也带来了工作量。ABAQUS引入了粘结单元(cohesive element)解决这个问题,粘结单元的结构和实体单元完全一致,但只在厚度方向上有刚度,因此其厚度可以设置的极小,不受长宽比的限制。


[声明] :本文系网友分享,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如涉及作品内容、版权和其它问题,请在30日内与本网( friends@stuch.cn )联系!

0 条评论

请先 登录 后评论
不写代码的码农
微信订阅号

0 篇文章

ANSYS 二次开发及应用实例详解
ANSYS参数化编程与命令手册

作家榜 »

  1. 铁水 35 文章
  2. CSUA 16 文章
  3. 侯玉林 4 文章
  4. Abrtr 4 文章
  5. 杨紫 3 文章
  6. xiaoyu 3 文章
  7. 白浪 2 文章
  8. 杨杨 2 文章