[发明专利]一种矩形板中心斜裂纹疲劳扩展寿命预测的简化方法

摘要

一种矩形板中心斜裂纹疲劳扩展寿命预测的简化方法，它有五大步骤：步骤一：参数化建模：步骤二：划分网格：步骤三：有限元计算及结果处理：步骤四：通过循环调用实现裂纹自动扩展模拟；步骤五：预测裂纹扩展寿命。本发明基于Python语言，进行ABAQUS二次开发，采用参数化建模，编制了建模与分析的命令流程序包，可以实现对带中心斜裂纹的矩形板裂纹扩展的自动模拟，功作量小，精度高。

主权项

一种矩形板中心斜裂纹疲劳扩展寿命预测的简化方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：参数化建模：建立带中心斜裂纹矩形板的有限元模型，首先调用创建模型子程序，建立宽为2W，高为2H，中心在坐标原点的矩形模型；再调用定义裂纹子程序，定义长度为2a，与x轴夹角b，在矩形模型中心的裂纹，先计算出裂纹边缘两点坐标x1=a·cosb，y1=a·sinb，x 2=‑a·cosb，y2=‑a·sinb，将两点连成裂纹；步骤二：划分网格：由于裂纹的存在，裂尖附近的网格需要奇异化处理，以反应裂尖应力场，以及实现应力强度因子的计算，利用网格划分子程序用于为模型分网，主要分为裂尖区域以及远离裂尖区域，将裂尖前缘划分为奇异单元来反映裂纹的奇异性，周围划分成用于计算围线积分的环状单元；远离裂尖区域由于不影响裂尖应力场的计算，则划分为普通的三角形单元，以提高程序计算效率；步骤三：有限元计算及结果处理：提交作业，完成有限元计算分析；利用ABAQUS计算应力强度因子及所需要的数据，通过结果处理子程序来实现对计算结果数据如应力强度因子的提取；步骤四：通过循环调用实现裂纹自动扩展模拟；判断每次裂纹扩展时所得应力强度因子K是否达到临界值，如果达到，转到步骤五；如果没有达到，利用计算新裂尖子程序计算新的裂纹尖端坐标，继续步骤一；步骤五：预测裂纹扩展寿命；上述过程实现了复合载荷下裂纹扩展的数值 模拟，为了预测裂纹扩展寿命的预测，疲劳裂纹扩展服从Paris公式da/dN＝C(ΔK)m其中，da/dN是疲劳裂纹扩展率，A和M是材料参数，ΔK是应力强度因子K的幅值；写成差分形式，得到 ΔN = Δα C ( ΔK ) m 如果已知裂纹扩展增量Δa，则利用方程得到扩展此步长经历的裂纹的扩展寿命ΔN，于是，裂纹由初始长度a0扩展到临界值ac，所经过的循环周次N由积分得到 N = ΣΔN = Σ Δα i C · { ( ΔK i ) n } Δai是某一扩展步长，ΔKi是此步长所对应的应力强度因子幅值；通过步骤三中，对有限元计算结果的处理，得到每次扩展步长Δai的ΔKi，从而计算得到裂纹扩展寿命N。