Lsdyna中裂紋模擬的幾種案例

2016-10-03 by:CAE仿真在線來源:互聯網

17分享Lsdyna中裂紋模擬的幾種辦法

我不是研究裂紋擴展的,前不久一個偶然的機會涉及到這一方面,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點的節點離散,可以采用ls-prepost或femp實現。然后在通過matlab或者其他語言編寫小程序,對位于同一個位置的節點建立節點集,添加*CONSTRAINED_TIED_NODES_FAILURE關鍵字。采用此方法來實現裂紋模擬的缺點是前處理太麻煩。應用實例可參考白金澤《lsdyna3d基礎理論與實例分析》。

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

   1、去除了單點積分的限制,同時還支持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來實現裂紋的模擬。

4、帶有失效模型的接觸或者用彈簧單元來模擬裂紋
這個方法個人覺得有些牽強,但是在有些文獻中也見過。在定義裂紋前必須已知可能出現裂紋的區域,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展。

6、EFG 和XFEM Cohesive
這兩種方法是目前lsdyna重點發展的用來模擬裂紋擴展的方法。其中EFG方法適用于4節點積分的實體單元,XFEM只適用于2維平面應變單元和殼單元。這兩種方法具體使用參考LS 971 R4 EFG User’sManual 和XFEM User’s Manual。

7、個人總結
以下是個人總結,不一定對,僅供參考。

1、用單元失效或節點失效來模擬裂紋,即采用本文中的方法1-3,其結果很大程度上依賴于單元的劃分。網格必須畫得很細,才能得到感官上的裂紋擴展。

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,必須已知裂紋面產生的區域,因此這個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,對單元的要求沒有方法1-3中那么高。其缺點是參數的設置比較復雜,目前文獻中很難查到有關于這個模型的材料參數。文獻《Identi?cation of Gurson–Tvergaard material model parameters viaKalman ?lteringtechnique. I. Theory》研究了這個模型中各個參數對結果的影響,在設置參數時可供參考。

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

      5、lsdyna中的裂紋擴展都得不到裂紋前端的應力強度因子,個人認為用Franc3d來做裂紋擴展要方便得多