ABAQUS XFEM裂纹扩展分析技巧与注意事项

"abaqusXFEM方法介绍.pdf" ABAQUS是一款强大的有限元分析软件，而XFEM（Extended Finite Element Method）是一种高级的数值计算技术，主要用于处理结构中的裂纹问题和不连续性。该方法允许在计算域内无需预先定义裂纹路径，使得模拟裂纹扩展成为可能。 在ABAQUS中进行裂纹扩展分析时，首先需要选择正确的热物性参数，如材料密度、热导率、比热容、电阻率、弹性模量、融化潜热的焓、泊松比以及散热系数。这些参数对于模拟材料在热载荷下的行为至关重要。 建模阶段，建议使用3D的deformable、shell或extraction方式来创建初始裂纹。初始裂纹的长度和位置应当合理，确保它始于预计的裂纹起点。由于XFEM计算的不稳定性，可能需要反复调整参数以获得稳定的结果。 在网格划分时，保持对称性是关键，避免因网格不对称导致的计算错误。此外，断裂区域的网格需要规整，各方向尺寸接近，单元数量在厚度方向上保持一致，且尽可能少，以减少计算复杂性。特别注意，裂纹扩展区域应保持连通，不可被PARTITION分开。 加载动载荷时，如冲击载荷，应使用较小的载荷步时间以提高精度。同时，maxpsdamage应力应大于ductiledamage应力，以保证裂纹扩展的正确性。初始裂纹不能沿着单元边界扩展，否则可能导致计算不收敛。 XFEM适用于模拟弹性材料、两种弹性材料界面裂纹及幂硬化材料的裂纹问题。然而，对于弹塑性材料模型，可能会遇到收敛问题，有时简化为仅考虑弹性行为反而能改善收敛性。 在建立ductilemanage模型时，必须同时定义tractionmanage模型，且两者的damageevolution类型和数值需保持一致。初始屈服应力与断裂应力之间的差异不宜过大，否则可能影响计算的收敛性。 在动力学的冲击裂纹分析中，由于increment time过大或材料包含塑性可能导致不收敛，建议先进行无塑性材料的分析，确保模型可行后再加入塑性效应。断裂能量与断裂应力的匹配至关重要，过高或过低的能量都可能导致裂纹无法正确开启或计算不收敛。 能量的设定不仅影响裂纹是否开启，还决定了裂纹稳定扩展的长度。能量低时，裂纹易提前扩展，而能量过高则可能导致较长的稳定扩展阶段，直到内部能量积累到足以触发失稳扩展。 最后，平面应力问题通常比平面应变问题更容易收敛，因此在条件允许的情况下，可以选择平面应力模型进行分析。