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使用ABAQUS/CAE进行紧凑拉伸试件的断裂力学研究

ABAQUS/CAE 6.5 版包括断裂力学分析的建模和后处理功能。通过新功能，可以交互方式在 ABAQUS/Standard 中使用等高线积分断裂力学技术。通过对聚合物膜的拉伸检测增加了一些专门用于断裂研究的工具，比如引起焊缝破裂、定义奇异点、选择裂纹前缘和裂纹尖端、定义 q-向量或者裂纹前缘的法向、创缠绕带建集中格的工具。利用这些工具，可以建立模型来判定 J-积分、应力集中因素和裂纹发展方向。在本技术简报中，建立了一个标准的紧凑拉伸试件的模型，虽然温度不变J-积分的结果将与美国材料实验协会 (ASTM) 标准和实验测试方法得到的结果进行比较。结果表明 ABAQUS 的结果与实验结果非常一致。

ABAQUS的主要功能和优点

对于二维和三维模型，可以交互定义焊缝裂纹、裂纹前缘和 q-向量。

自动生成集中格，并且对单元变坏和中间节点进行交互控制，其中中间节点是为了简化裂纹尖端奇异点的建模韩城而布置的。

J-积分、Ct-积分、T-应力、应力集中因素 (KI, KII, KIII)、和裂纹发展方向的判定。

用于每个围道积分和每条等高线时效图的节点集的可视化。

背景知识

ASTM 已经将紧凑拉伸 (CT) 试件标准化，用于确定金属材料断裂韧度的试验。

图 1 为 CT 试件测试装置的原理图，马蹄夹和销钉排列用于固定试件。原先破裂的试件以受控速率进行加载，记录下加载偏移量作为结果数据。通过对2、定期检查链轮的传动情况试验数据的分析，根据应力集中因素 K 或者 J-积分来确定材料的厨具断裂韧度。

6.5 版之前的版本不支持交互式 ABAQUS/Standard 断裂力学功能；ABAQUS/CAE 包括了断裂特殊工具使断裂力学模型能够更加有效发展。在本技术简报中，展现了如何利用 ABAQUS/CAE 对一个低合金钢 CT万向脚轮 试件进行断裂力学分析。计算得到J-积分值，并与利用标准分析方法计算得到的结果进行比较。(end)