在三点弯曲试样中的裂纹增长

前言

本篇文章旨在深入探讨和展示如何利用Abaqus/Standard软件在其提供的裂纹扩展模块中，通过模拟来评估裂纹长度对时间的关系，以此反映裂纹在延性材料中稳定的更新生长过程。讨论着重于选取临界裂纹开口位移(COD)标准作为裂纹扩展的关键指标，以及另外采用规定裂纹长度对时间的标准来验证实验结果的可行性和有效性。同时，文章还将指导读者如何使用Abaqus/Standard进行滑动路径分析，并解释在不同滥用下的裂纹扩展行为。

问题描述

本分析关注的是在平面应变状态下受模式I加载的三点弯曲试验中边缘裂纹的产生和拓展。所考虑的试样长度为55毫米，宽度为10毫米，裂纹长度与试样宽度的比例为0.2。初始裂纹形成的区域被塑性的负载场合良好地限定。在模拟的过程中，这意在促进裂纹从静止状态的演变。

几何与模型构建

为简化分析而对称性考虑，选取了试样的半边来进行建模。裂纹尖端被假定为钝化状态，这意味着在周围区域内将考虑基底形状效应，以反映局部区域的几何非线性。使用1,737个CPE4单元构成的网格，确保对塑性区域的生长以及裂纹扩展区的细节进行充分的解算。由刚性表面模拟的加载点和支撑点，适用于加载机制。




材料属性

假定材料为假设的弹性塑性体，杨氏模量200 GPa与泊松比0.3的设置是基于理想情况下的模型化。根据《塑性加工硬化数据》表，对材料的加工硬化机理进行了简化描述。

加载与求解策略

模拟过程被分阶段执行，以分别处理初始加载阶段和裂纹传播阶段。在初始加载阶段，刚性表面被逐步推进试样，直到达到特定位移，对应于1.0毫米的移动量。在第二阶段，允许裂纹发展，结合刚性表面额外推进1.951毫米的具体移动情况。裂纹尖端在节点脱粘后承载牵引力，其下降的模式影响着问题的收敛性。

模拟裂纹扩展：基于裂纹长度对时间的关系

通过设定裂纹在规定的条件下的长度增长模式，模拟裂纹从初始静止状态的拓展性过程。数据源自《关于裂纹扩展数据集仓储的文献》。

模拟裂纹扩展：基于临界裂纹开口位移(COD)规则

模拟中裂纹增长标准的选择的关键在于COD的标准，作为裂纹在临界位置相对裂纹边缘的开口位移量。CMOD（裂纹开口位移）、CTOA（裂纹开口角度）标准在本应用中均被考虑。

结果与分析

结果显示累积裂纹长度与时间的对应关系，展现出模拟计算值与用户设定数据点的优良一致性。概念上的关联分析体现在作用力和塑性应变的分布图上，验证了裂纹扩展模型的有效性与准确度。

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