SMART裂紋擴展講解

傳統的強度設計思想把材料視為無缺陷的均勻連續體，而實際工程構件中存在多種缺陷，斷裂力學是一門彌補傳統強度設計思想嚴重不足的新的科學。本文就ANSYS在斷裂方面的分析能力進行案例說明。

19.0中新增加的裂紋生長的計算方法——SMART。關於SMART裂紋生長方法的主要特性在單元材料上僅支持各項同線彈性材料，在單元上必須使用SOLID187（二階四面體單元）。

在裂紋生長計算過程中，忽略大變形和有限轉動效應、裂紋尖端塑性效應、裂紋尖端壓縮效應。裂紋生長是兩個裂紋表面的分離過程，疲勞裂紋生長都是基於Paris法則進行計算的。Paris法則把應力強度因子變化區間和裂紋生長率在應力疲勞機理下建立關係。

C,m是Paris法則常數，這兩個常數和材料特性和應力比有關。△K疲勞循環內的應力強度因子變化區間：

現在的SMART裂紋生長主要用於計算模式I主導的裂紋生長，同時也支持小的模式II裂紋生長。下面通過一個案例對SMART有一個基本的認識。

操作步驟：

1、使用SMART進行裂紋生長計算時，必須在材料中定義Paris規則，通過Engineer Data中選擇Crack Growth Laws進行Pairs 『Law的添加。

2、導入計算模型，在本例中建立了一個半徑為10mm，高為30mm簡單的圓柱結構。

3、在圓柱筒結構的外表面設置一個新的局部坐標系，如下圖所示：

4、SMART裂紋生長必須使用SOLID187單元進行計算，因此需要對整個體進行選中，然後通過Tetrahedrons的劃分方法和Patch Conforming演算法進行網格劃分，保證單元是二階四面體SOLID187單元。

5、在最上方Model中插入Fracture進行裂紋分析計算，分別有三種裂紋計算方法。此處先以Semi-Elliptical Crack為例。選中之前設置的局部坐標，設置半徑為2mm，網格劃分方法為Tetrahedrons，打開Crack Faces Nodes。

6、插入SMART Crack Growth，在Initial Crack選中Semi-Elliptical Crack。

7、固定圓柱體結構的下端面，給結構的上端施加150MPa的壓力豎直向上。

8、計算後，得到圓柱筒結構的應力分布如下圖所示。

總結：斷裂力學SMART技術能對結構破壞裂紋產生、紋的生長進行更好的預測，完善模擬分析的能力。

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