Lsdyna中裂紋模擬的幾種案例

2016-10-03 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

17分享Lsdyna中裂紋模擬的幾種辦法

我不是研究裂紋擴(kuò)展的,前不久一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)涉及到這一方面,查閱了一些資料。看到論壇中最近又不少人在問裂紋模擬的辦法,先將我查閱的資料整理如下,希望對大家有幫助,請大家批評指正,加以完善。

1、*CONSTRAINED_TIED_NODES_FAILURE
首先必須把單元間共節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)離散,可以采用ls-prepost或femp實(shí)現(xiàn)。然后在通過matlab或者其他語言編寫小程序,對位于同一個(gè)位置的節(jié)點(diǎn)建立節(jié)點(diǎn)集,添加*CONSTRAINED_TIED_NODES_FAILURE關(guān)鍵字。采用此方法來實(shí)現(xiàn)裂紋模擬的缺點(diǎn)是前處理太麻煩。應(yīng)用實(shí)例可參考白金澤《lsdyna3d基礎(chǔ)理論與實(shí)例分析》。

2、mat_add_eroson
關(guān)于這個(gè)關(guān)鍵字本版內(nèi)有很多討論,可以搜索一下。需要注意的是,在lsdyna 971R4之前的版本中,這個(gè)材料模型所帶的失效模式均只適用于單點(diǎn)積分的二維和三維實(shí)體單元。但是在R4之后的版本中,這個(gè)關(guān)鍵字有了很大的改進(jìn):

   1、去除了單點(diǎn)積分的限制,同時(shí)還支持3維殼單元和厚殼單元中的type1和type2。
   2、可以定義初始損傷值,增加了幾種損傷模型,具體可以參考lsdyna 971R5版的關(guān)鍵字。

3、帶有失效的材料模型
有些材料模型本身就帶有失效的,可以定義單元的失效來模擬裂紋的拓展。如*MAT_PLASTIC_KINEMATIC等。如果某些材料模型不帶失效模式,可以采用方法2,或者通過自定義材料本構(gòu)來實(shí)現(xiàn)裂紋的模擬。

4、帶有失效模型的接觸或者用彈簧單元來模擬裂紋
這個(gè)方法個(gè)人覺得有些牽強(qiáng),但是在有些文獻(xiàn)中也見過。在定義裂紋前必須已知可能出現(xiàn)裂紋的區(qū)域,通過帶有失效模式的面對面的綁定接觸CONTACT_TIED_SURFACE_TO_SURFACE_FAILURE或者用彈簧單元來模擬裂紋面。

5、采用特殊的材料模型
某些材料模型如*MAT_120(*MAT_GURSON),*MAT_120_JC(*MAT_GURSON_JC),*MAT_120_RCDC(*MAT_GURSON_RCDC),還有一些damage模型,如*MAT_96(*MAT_BRITTLE_DAMAGE)等,用損傷值來代替裂紋,通過觀察損傷云圖來判斷裂紋的擴(kuò)展。

6、EFG 和XFEM Cohesive
這兩種方法是目前l(fā)sdyna重點(diǎn)發(fā)展的用來模擬裂紋擴(kuò)展的方法。其中EFG方法適用于4節(jié)點(diǎn)積分的實(shí)體單元,XFEM只適用于2維平面應(yīng)變單元和殼單元。這兩種方法具體使用參考LS 971 R4 EFG User’sManual 和XFEM User’s Manual。

7、個(gè)人總結(jié)
以下是個(gè)人總結(jié),不一定對,僅供參考。

1、用單元失效或節(jié)點(diǎn)失效來模擬裂紋,即采用本文中的方法1-3,其結(jié)果很大程度上依賴于單元的劃分。網(wǎng)格必須畫得很細(xì),才能得到感官上的裂紋擴(kuò)展。

2、采用帶有失效模型的接觸或者用彈簧單元來模擬裂紋時(shí),必須已知裂紋面產(chǎn)生的區(qū)域,因此這個(gè)方法只適用于某些特殊的場合。

3、采用特殊的材料模型來模擬裂紋時(shí),對單元的要求沒有方法1-3中那么高。其缺點(diǎn)是參數(shù)的設(shè)置比較復(fù)雜,目前文獻(xiàn)中很難查到有關(guān)于這個(gè)模型的材料參數(shù)。文獻(xiàn)《Identi?cation of Gurson–Tvergaard material model parameters viaKalman ?lteringtechnique. I. Theory》研究了這個(gè)模型中各個(gè)參數(shù)對結(jié)果的影響,在設(shè)置參數(shù)時(shí)可供參考。

4、推薦采用EFG和XFEM Cohesive,這兩種方法應(yīng)該代表著裂紋模擬的發(fā)展方向。目前這兩種方法有了很大的改進(jìn),但是仍不夠完善,且對單元的支持有限。

      5、lsdyna中的裂紋擴(kuò)展都得不到裂紋前端的應(yīng)力強(qiáng)度因子,個(gè)人認(rèn)為用Franc3d來做裂紋擴(kuò)展要方便得多