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1、ABAQUS 平台的扩展有限元方法模拟裂纹实现1.1扩展有限元方法（XFEM）在ABAQUS上的实现ABAQUS中XFEM的实现，两个步骤最为关键：1、选择模型中可能出现的裂纹区域，将其单元设为具有扩展有限元性质的 enrichment element.2、其次重要的是选择恰当的破坏准则，使单元在达到给定的条件破坏，裂 纹扩展。在ABAQUS中模拟裂纹扩展的操作中，需要注意的是：1、在Property模块，添加损伤演化参数、破坏法则、损伤稳定性参数2、在 Interaction 模块，主菜单 Special 中创建 XFEM 的 enrichment element 对于固定的裂纹模型，采用A
2、BAQUS/STANDARD中使用奇异渐进函数。针对移动的裂纹问题，在XFEM中，有一种方法基于traction-separation cohesive behavior，即使用虚拟节点连续片段法进行移动裂纹建模，ABAQUS/STANDARD 中用于计算脆性或韧性材料的裂纹初始化和扩展过程的模拟。另外一种 cohesive segments method （粘性片段方法）可用于bulk material中的任意路径的裂纹初始 化模拟扩展过程，由于裂纹扩展不依赖于单元边界，在XFEM中，裂纹每扩展 一次需要通过一个完整单元，避免尖端应力奇异性。除此之外，ABAQUS为拥 护提供了自定义子程序，
3、来满足不同建模的需要。ABAQUS/STANDARD中的任 意力学本构模型均可用来模拟扩展裂纹的力学特性。由于XFEM采用的形函数在求解过程中，很容易造成逼近线性相关，极大 的增加了收敛难度，到目前为止，能够实现扩展有限元的商业软件只有 ABAQUS，但是ABAQUS为了减少求解难度，做了大量简化，因此用ABAQUS 扩展有限元模拟裂纹扩展时，有一些局限16：1. 扩展单元内不能同时存在两条裂纹，所以ABAQUS不能模拟分叉裂 纹；2. 在裂纹扩展分析过程中，每一个增量步的裂纹转角不允许超过90度；3. 自适应的网格是不被支持的；4. 固定裂纹中，只有各向同性材料的裂纹尖端渐进场才被考虑。1.
4、2 数值算例1.2.1 中心裂纹平板问题求解给定一矩形板，长3m,高6m，在板中心处有一初始直裂纹，并且受到拉伸应力的作用，左右两边施加载荷为1KN,材料参数为:QUANTITYNAMEEXPRESSIONYoungs modulusE210E9Poissons ratio0.3Max principle stressS84.4E6Fracture energyG1C42200First directionG2C42200Second directionG3C42200在Property功能模块中，我们采用最大主应力失效准(Maxps Damage)则 作为裂纹损伤开始的判据，损伤演化选取基于
5、能量的、线性软化、混合模式的损 伤演化规律，相关参数见上表。裂纹的扩展过程如下:图1.1为裂纹第10步的扩展图 1.2 为裂纹第 26 步的扩展图 1.4 为裂纹扩展的最终结果Mises 应力分布云图如下：a6 为最大最小应力矢量分布云图图1.7为初始裂纹左端点位移随时间的变化1.2.2 边缘裂纹实体求解给定一实体，长6m,高3m,宽lm,在边缘处有一初始直裂纹，前后两面施加 载荷为10KN，给定材料参数为：QUANTITYNAMEEXPRESSIONYoungs modulusE300E9Poissons ratio0.2Max principle stressS84.5E6Fracture
6、 energyG1C20580First directionG2C20580Second directionG3C20580同样，我们在 Property 功能模块中，我们采用最大主应力失效准( MaxpsDamage)则作为裂纹损伤开始的判据，损伤演化选取基于能量的、线性软化、混合模式的损伤演化规律，相关参数见上表。计算结果如下：bMi矗煽 ILsff=aDMi-l.-Kh-EIwAVJFf1 ILI DIE图 1.9 为 Mises 应力分布云图X-A|lfiEr| IL lUblh*-rsMr - .-PLLmLLLPL V Kmr-lKlHmNl-JNM m.-yr-JgmyTZL-lKiR 、皿.mkJRr.、aakf“kfM-.r /HHr4二HHrjHH瓷寸图 1.10 为变量的矢量图图 1.11 为初始裂纹端点应力随时间的变化图 1.12 为 XFEM 裂纹图像显示1.3 本章小结本章内容介绍了扩展有限元法在 ABAQUS 上实现的操作的关键步骤，需要 注意的地方，也指出了 ABAQUS 为了实现 XFEM 的，进行了一些简化而造成了 某些局限。并且通过两个数值算例直观的反映了裂纹的扩展过程，包括裂纹随时 间增量步长的显示分析结果的动画以及 Mises 应力的分布云图等其他参量的变 化图。实现了本论文的最终目的即扩展有限元的 ABAQUS 实现。
