裂纹模拟心得

第一篇：裂纹模拟心得

Abaqus裂纹模拟心得（Contour Integral不是XFEM）

最近由于项目需要，做了一些裂纹相关的模拟，在此把一些心得体会贴到论坛上与大家分享，如有不当之处，欢迎大家指正！

本帖主要侧重于介绍裂纹定义过程中各个选项的意义，具体的操作过程论坛里已经有高手做了很好的教程，至于断裂力学理论推荐大家看一下沈成康写的《断裂力学》一书。裂纹的定义和输出需要用到interaction模块和step模块：

一、Interaction模块

1.1预制裂纹（步骤：菜单/special/crack/assign seam）

注意：并不是作裂纹分析都要定义seam，如果你的裂纹不是一条缝，而是一个缺口，则不需要assign seam，直接走下一步（定义裂纹）就行。

1.2创建裂纹（步骤：菜单/special/crack/create，type：contour integral）

—crack front：crack front是用来定义第一围线积分的区域，2D下我们可以选择包围裂尖点的面，3D则选择包围裂尖线的面；另外还有一种定义crack front的方法，就是直接选择裂尖点（2D）或裂尖线3D），用这个方法定义crack front不需要再定义下一步的crack tip/line，比较简便，两种方法算出的结果没有明显的差别，其实只是影响积分路线的问题，但是J积分值是路径无关的，看个人喜好吧

—crack tip/line：这个比较好理解就是裂尖点（2D）或线（3D），如果我们在上一步中用方法二定义crack front，这一步就直接跳过了

—crack extension direction（定义裂纹扩展方向）：这里定义的其实是一个虚拟的裂纹扩展方向，定义了这个参考方向后，我们才能通过输出的角度判断裂纹扩展方向，可以通过两种方法：

o q vector：输入一个方向，用来作为计算裂纹的扩展方向的参考方向；

o normal to crack plane：crack plane表示裂纹的对称面（当裂纹在一个平面内时，可能需要分开定义多个裂纹），这种方法下我们只需定义裂纹面的法线方向，通过（t表示裂纹尖端的切线）,会在每个节点得出一个q方向（如下图）；

o注意：q的方向对输出的应力强度因子，J积分等都会有影响，一般情况下，q最好在裂纹平面内，且垂直于裂尖线的切线，否则算出的应力强度因子，J积分值等等在不同围线积分中会差别较大。

二、step模块

定义好了裂纹相关参数后，我们需要返回step模块定义输出变量：

步骤：菜单/output/history output requests/create，domain：crack，可以输出的值包括：J-integral，Ct-integral，stress intensity factor，T-stress

—J-integral：用于应变率无关材料的准静态分析过程，包括线弹性，非线性弹性，弹塑性材料（单调加载工况）的静态分析。J-integral的优点是和积分路径无关，从而可以避开尖端塑性区的影响。

—Ct-integral：用于蠕变分析（一般较少用到）—应力强度因子：

o 只能用于分析线弹性材料，表示裂纹尖端的应力场强度；

o 有三个应力强度因子K1，K2，K3，分别对应于张开型，滑开型和撕开型裂纹的应力强度因子

o 在输出应力强度因子时也会输出一个J-integral值，因为算法不同，这个值和直接输出的J-integral会略有差异；

o 方向判断准则：Maximum tangential stress（在dat文件中输出的MTS值就是通过这个准则算出的裂纹扩展方向），Maximum energy release rate（dat中用MERR表示），K2=0（dat中的K20）

—T-stress（表示裂纹尖端平行于裂纹面方向的应力）

xfem表面上看属于断裂力学的裂纹扩展问题，实际上它却是用材料弱化的机制研究裂纹的扩展，这点首先放着不提，我来说说断裂与损伤。断裂力学早于损伤力学，格里菲斯最早研究的，断裂力学是为了研究纯在初始裂纹时材料的反映，由于会有应力集中现象出现，应力表达式具有奇异性与裂纹尖端离某一点半径的平方根倒数有关。为了解决这一问题才有了裂纹强度因子，但是无法使用这种比较简单的假设分析整个断裂的过程。以后断裂力学的发展虽然得到了扩充，比如引入了塑性区域和paris模型研究疲劳，但是对于整个断裂尖端材料的性质还是进行了不切合实际的简化，比如理想弹塑性，线弹性等（但是对于金属比较合理）。损伤力学晚于断裂力学卡切诺夫和他的合作者（名字忘了）研究金属蠕变的时候进入了这一研究方法，他可以充分反映材料的弱化，同时从大的范围上来看，损伤力学是涵盖在连续介质力学下面的一个力学直系里面，这一点与断裂力学截然不同，人们无法将断裂力学合理的归纳为连续介质的范畴中，而往往单独叫断裂力学力学。损伤力学出现以后大大抢了断裂力学的风头，因为断裂力学更多偏重静态问题（这种静态是指无法确切的研究整个断裂过程），而损伤力学可以做到，只要定义损伤形式和演化规律，一条或者几条损伤代就可能出现并实现材料或者结构性能的评估。但是损伤力学所能反映的特有性质：材料弱化又成为这种力学体系的一个致命弱点，网格敏感称为损伤力学无法摆脱和倍受攻击的“伤口”，为了完善这一问题，aifantis和他的合作者提出了划时代的非局部化模型理论，而deborst，peerlings，geerling在公元2000年以前将这种非局部化模型体系完全的建立起来，人们发现了使用损伤力学可以真正的实现材料断裂问题的解决方案，随着计算机和有限元力学的发展，现在利用损伤力学的体系计算断裂力学问题已经可以做到了。所以在abaqus软件中或有那么多的损伤力学模型，因为每一种对应一种损伤机理，可以很好的反映材料的弱化以致断裂的模拟（比如使用单元删除技术）。

但是断裂力学与损伤力学两者的结合问题却一直没有得到很好的解决，究其原因在于断裂力学存在裂纹尖端的应力奇异现象，而用损伤力学的方法研究裂纹尖端的时候，会使得裂纹尖端既要保持应力奇异又要保持材料的弱化，这样的耦合问题很难得到合理且唯一的解(这一部分可以参考余寿文老师和冯西桥老师的那本损伤力学)。但是有限元方式使得这种耦合机制得到改善，其实Xfem本身就是这两种力学机制相耦合的产物，xfem中可以预置crack来模拟裂纹尖端的应力奇异，使用材料弱化定义方法实现损伤机理，所以说xfem具有划时代意义也不为过。

ls所说的损伤力学可以实现裂纹发展，但是从机理上存在问题，第一点损伤代具有宽度，而断裂带没有。第二点损伤存在网格敏感问题，网格越细，损伤带越小，与实际不符。第三点，虽然可以利用非局部化模型消除网格敏感，但极其复杂，一般很少采用。第四点，损伤无法真正实现裂纹尖端的应力奇异效应

第二篇：Abaqus裂纹模拟心得(Contour Integral不是XFEM)

Abaqus裂纹模拟心得（Contour Integral不是XFEM）

最近由于项目需要，做了一些裂纹相关的模拟，在此把一些心得体会贴到论坛上与大家分享，如有不当之处，欢迎大家指正！

本帖主要侧重于介绍裂纹定义过程中各个选项的意义，具体的操作过程论坛里已经有高手做了很好的教程，至于断裂力学理论推荐大家看一下沈成康写的《断裂力学》一书。裂纹的定义和输出需要用到interaction模块和step模块：

一、Interaction模块

1.1 预制裂纹（步骤：菜单/special/crack/assign seam）

注意：并不是作裂纹分析都要定义seam，如果你的裂纹不是一条缝，而是一个缺口，则不需要assign seam，直接走下一步（定义裂纹）就行。

1.2 创建裂纹（步骤：菜单/special/crack/create，type：contour integral）

—crack front：crack front是用来定义第一围线积分的区域，2D下我们可以选择包围裂尖点的面，3D则选择包围裂尖线的面；另外还有一种定义crack front的方法，就是直接选择裂尖点（2D）或裂尖线3D），用这个方法定义crack front不需要再定义下一步的crack tip/line，比较简便，两种方法算出的结果没有明显的差别，其实只是影响积分路线的问题，但是J积分值是路径无关的，看个人喜好吧

—crack tip/line：这个比较好理解就是裂尖点（2D）或线（3D），如果我们在上一步中用方法二定义crack front，这一步就直接跳过了

—crack extension direction（定义裂纹扩展方向）：这里定义的其实是一个虚拟的裂纹扩展方向，定义了这个参考方向后，我们才能通过输出的角度判断裂纹扩展方向，可以通过两种方法：

o q vector：输入一个方向，用来作为计算裂纹的扩展方向的参考方向；

o normal to crack plane：crack plane表示裂纹的对称面（当裂纹在一个平面内时，可能需要分开定义多个裂纹），这种方法下我们只需定义裂纹面的法线方向，通过（t表示裂纹尖端的切线）, 会在每个节点得出一个q方向（如下图）；

o 注意：q的方向对输出的应力强度因子，J积分等都会有影响，一般情况下，q最好在裂纹平面内，且垂直于裂尖线的切线，否则算出的应力强度因子，J积分值等等在不同围线积分中会差别较大。

二、step模块

定义好了裂纹相关参数后，我们需要返回step模块定义输出变量： 步骤：菜单/output/history output requests/create，domain：crack，可以输出的值包括：J-integral，Ct-integral，stress intensity factor，T-stress

—J-integral ：用于应变率无关材料的准静态分析过程，包括线弹性，非线性弹性，弹塑性材料（单调加载工况）的静态分析。J-integral的优点是和积分路径无关，从而可以避开尖端塑性区的影响。

—Ct-integral：用于蠕变分析（一般较少用到）—应力强度因子：

o 只能用于分析线弹性材料，表示裂纹尖端的应力场强度；

o 有三个应力强度因子K1，K2，K3，分别对应于张开型，滑开型和撕开型裂纹的应力强度因子

o 在输出应力强度因子时也会输出一个J-integral值，因为算法不同，这个值和直接输出的J-integral会略有差异；

o 方向判断准则：Maximum tangential stress（在dat文件中输出的MTS值就是通过这个准则算出的裂纹扩展方向），Maximum energy release rate（dat中用MERR表示），K2=0（dat中的K20）

—T-stress（表示裂纹尖端平行于裂纹面方向的应力）

第三篇：现浇板裂纹处理方案

针对现浇板裂纹处理方案

现状叙述：

经现场查看，现浇楼板面局部出现不均匀裂纹，裂纹分布呈无规则分布状态，裂纹宽度0.5mm-2mm不等，裂纹深度现场检测为2mm-10mm不等，同时发现有局部贯穿性渗水裂纹。原因分析：

针对上述现浇板裂纹现象，经项目质量组综合分析，导致裂纹质量缺陷原因大致如下;

1、砼成型后上荷载过早，导致未终凝的楼板砼受扰动，造成裂纹。

2、砼浇筑的过程中，振捣不实，收面过早，未二次表面处理，浇筑完成后的养护不到位。

3、浇筑时间正处于高温季节，施工过程中未依次浇筑，前后浇筑间隔时间过长，导致前后两次砼存在界面裂纹。

4、砼的施工参数未达标，有分层、离析等缺陷，致板面裂纹。处理方案：

1、针对裂纹宽度小于2mm的未贯穿性裂纹，采用标号为42.5的水泥浆灌浆处理。

工艺：板面清理——裂纹润湿——调配水泥浆——灌浆。

2、针对裂纹宽度大于2mm的贯穿性板面裂纹，采用切槽，嵌入环氧树脂表面处理。

工艺：

1、划线切v型槽，宽度3cm，深度2cm，避开板面钢筋。

2、清理v型槽内杂物，冲洗干净。

3、调配环氧树脂，待v型槽内无明水时嵌入。

4、表面采用1：2水泥砂浆收面刷毛。板底处理方案;板底无明显裂纹，对板底水印部分采用布设宽度10cm玻纤网加强层，再按设计面层施工工艺进行。

第四篇：楼梯梁裂纹预防及整改措施

楼梯梁裂纹预防及整改措施

在2009年5月4日对2#、3#楼外观质量及尺寸偏差的检查过程中发现 3#楼2层TL7梁身有较多裂纹，有部分裂纹已贯通全梁。

一、原因查找

发现此问题后，项目部对上部正在浇筑的楼梯TLX梁进行观察、分析及现场验证，发现造成裂纹的主要原因是剪力墙大钢模斜向支撑，支撑受力点在梁上部及侧部，在浇筑剪力墙砼过程中因支撑受力较大，造成梁因外力影响而造成砼局部裂纹。

二、预防及整改措施

1、撤销剪力墙在梁上部的斜向支撑。

2、对3#楼2层TL7梁进行返工处理，将TL7梁砼用人工全部凿掉，用同标号砼重新进行浇筑。具体措施如下：

①、为保证在返工处理过程中不影响其它构件，首先对梁底进行支撑，支撑后在进行砼凿钻。

②、凿钻顺序为先从梁两头逐步向梁中进行凿钻。

③、在凿钻过程中特别注意对钢筋的保护工作，保证钢筋不受损伤及位移。④、凿掉梁砼后对钢筋进行清理及校正，完成后报监理、建设单位进行验收，验收合格后进行模板支设及砼浇筑工作。

宝塔建司第三十施工处

2009年5月18日

第五篇：楼板顶裂纹整改方案

138栋#2404及2504户楼板顶裂纹整改方案

138栋2404餐厅装修后，顶板腻子灰脱落，铲除脱落腻子灰后，发现有碳纤维补整裂纹痕迹，同时发现顶板砼面、模板拼缝处不平整，针对这一问题进行原因分析并制定整改方案。

一、问题特征

1.业主铲除脱落腻子灰后，发现约有3-4平方米不规则碳纤维补整痕迹，工人现场用力铲除，发现粘结劳固，铲除困难，符合碳纤维对裂纹加固处理的方案。但表面出现高差，腻子灰施工时未作特殊处理，出现脱落。2.在碳纤维处理相邻位置顶板出现高差不平，同时出现腻子灰脱落，并出现漏浆后的蜂窝。

二、原因分析

1． 碳纤维补整部位，可能是楼板裂纹形成进行的加固处理，结合2504户修补痕迹，认定为楼板开裂后的修补。裂纹形成的原因：○1由于高层为输送泵运送砼，水灰比较大，同时收缩也较大，出现裂纹。○2由于施工处于夏季施工，温度较高，水蒸发较快引起裂纹。○3施工中施工人员过早施工，引起的震动裂纹。

2． 顶板不平部分，此处为楼板拼缝不平，木方未放置在模板拼缝处，引起一边模板在重力作用下沉降，出现不平、漏浆和麻面。

三、处理方案和整改措施

1． 针对楼板裂纹，2404户顶部已作碳纤维加固处理，2504户地面已压浆修补。为使业主放心，在裂纹处上部采用注浆机灌注环氧胶液-地面清理-裂缝处做碳纤维进行加固-客厅地面找平，保证找平层不再出现任何裂缝，保证客厅地面整体与卧室地面自然结合，无明显色差高差。否则业主可以要求二次整改到位。要求2404户顶部不平位置铲除干净原有腻子灰，用胶灰补平顶面，再按2404业主原有装修方式进行恢复，保修期限砼装修保修期。

2． 楼板不平部位，凿除不平砼，对麻面部位用1：2水泥沙浆补平，然后再按2404业主原有装修方式进行恢复。

3． 在业主装修过程中发现原修复处有线性渗水痕迹将由我方承担修复责任，出现其他渗水状况由业主自行负责。（除外墙渗水）