裂縫應(yīng)力強(qiáng)度因子用ANSYS中怎么求呀。另外，建模時(shí)，裂紋應(yīng)該怎么處理呀，難道只有畫出一條線嗎？
首先說一下裂紋怎么畫，其實(shí)裂紋很簡(jiǎn)單啊。只要畫出裂紋的上下表面（線）就可以了，即使是兩個(gè)面（線）重合也一定要是兩個(gè)面（線）；如果考慮道對(duì)稱模型就更好辦了，裂紋尖點(diǎn)左面用一個(gè)面（線），右邊用另外一個(gè)面（線），加上對(duì)稱邊界約束。
再說一下裂尖點(diǎn)附近網(wǎng)格的劃分。ansys提供了一個(gè)kscon的命令，主要是使得crack tip的第一層單元變成奇異單元，用來模擬斷裂奇異性(singularity)。當(dāng)然這個(gè)步驟不是必須的，有的人說起用ansys算強(qiáng)度因子的時(shí)候就一定要用奇異單元，其實(shí)是誤區(qū)（原因下面解釋）
好了，回到強(qiáng)度因子的計(jì)算。其實(shí)只要學(xué)過一些斷裂力學(xué)都知道，K的求法很多。就拿Mode I的KI來說吧，Ansys自己提供了一個(gè)辦法（displacement extrapolation） ，中文可能翻譯作“位移外推”法，其實(shí)就是根據(jù)解析解的位移公式來對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行fitting的。分3步走，如果你已經(jīng)算完了：
第一步，先定義一個(gè)crack-tip的局部坐標(biāo)系，這是ansys幫助文件中說的，其實(shí)如果你的裂紋尖端就是整體坐標(biāo)原點(diǎn)的話，而且你的x-axis就順著裂紋，就沒有什么必要了。
第二步，定義一個(gè)始于crack-tip的path,什么什么？path怎么定義？？看看幫助吧，在索引里面查找fracture mechanics，找到怎么計(jì)算斷裂強(qiáng)度因子。（my god,我這3步全是在copy幫助中的東東啊）。
第三步，Nodal Calcs>Stress Int Factr ，別忘了，這是在后處理postproc中啊。
辦法是好，可是對(duì)于裂紋尖端的單元網(wǎng)格依賴性很大，所以用kscon制造尖端奇異單元很重要。curtain的經(jīng)驗(yàn)是path路徑取的越靠近c(diǎn)racktip得到的強(qiáng)度因子就越大，所以單元最好是越fine越好啊。
其實(shí)似乎也未必非要是這個(gè)樣子，因?yàn)槟阃耆梢圆挥胊nsys自帶的這個(gè)”位移外推法“，你完全可以根據(jù)ansys算出來的位移和應(yīng)力來自己算一下或者說外推一下，假設(shè)你知道應(yīng)力或者位移在裂紋尖端的分布是什么，比如一型斷裂的Ki~~Sy*sqrt(2*pi*r)，這里Sy是y方向的應(yīng)力，因此如果畫Ki~Sy*sqrt(2*pi*r)的線圖時(shí)，在r比較小的地方，基本上會(huì)是一個(gè)直線。為什么僅僅在這里是直線呢，因?yàn)槌隽诉@個(gè)區(qū)的話，就出了奇異主導(dǎo)區(qū)(singularity dominant zone)，應(yīng)力會(huì)受到遠(yuǎn)場(chǎng)的影響了。好了，就用這個(gè)近似直線區(qū)，把他擬合成一個(gè)直線方程，那么這條直線與Ki軸的交點(diǎn)就是r~0時(shí)的Ki值了，great! 正是我們所要的東西。
這里。這些描述起來似乎很難，不過你自己看看公式就知道怎么去推了。這樣做的好處是什么呢？就是我門可以不用討厭的kscon功能了，那么裂紋尖端的那層單元不一定非要式奇異單元了，只要做到足夠的fine就可以了。而且通過自己去外推擬合一下，你可以更加深入的了解一下ansys和斷裂力學(xué)的"內(nèi)幕"，其實(shí)沒什么神秘的啊。
當(dāng)然，還有別的辦法求應(yīng)力強(qiáng)度因子，同樣也不用在裂紋尖端搞“奇異性”。在斷裂力學(xué)中有兩種表征斷裂韌度的辦法，一個(gè)是應(yīng)力法（對(duì)應(yīng)于強(qiáng)度因子K），另外一個(gè)是能量法，對(duì)應(yīng)于能量釋放率G, 當(dāng)然ANSYS不能夠求G,但是別忘記了 J 積分，它其實(shí)也是一個(gè)能量法則啊，J積分和K之間有著很簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)聯(lián)系，隨便查查書都有公式。好的ANSYS可以求J-integral,辦法和前面的那3步走差不多，這里就不copy幫助中的東西了。
總之，求K的辦法很多。但是curtain在這里想提個(gè)忠告，那就是在用ansys算斷裂問題之前，首先要問一下自己到底有沒有讀一本斷裂力學(xué)的書，做一做習(xí)題。因?yàn)閍nsys本身提供的求解斷裂問題的手段有限，比如對(duì)動(dòng)態(tài)斷裂，對(duì)裂紋擴(kuò)展，以及塑性斷裂都沒有提供計(jì)算辦法，所以肯定需要自己去編公式編程序（尤其可以其apdl語言）。
應(yīng)力強(qiáng)度因子是屬于線彈性階段內(nèi)的，它 適用于脆性材料(如玻璃、陶瓷、巖石和冰)的斷裂和高強(qiáng)度鋼之類的脆性斷裂，此時(shí)的裂紋裂紋尖端無塑性變形或無明顯的塑性變形，甚本屬于彈性應(yīng)力的情況。但對(duì)于多數(shù)金屬材料而言，裂紋在擴(kuò)展前，在裂紋端部將有一個(gè)塑性區(qū)，當(dāng)此塑性區(qū)尺寸很小，即遠(yuǎn)小于裂紋尺寸時(shí)，此類斷裂稱為小范圍屈服斷裂，用考慮小范圍屈服的塑性修正斷裂準(zhǔn)則來討論其斷裂問題，線彈性斷裂力學(xué)仍有足夠的精度，居于線彈性斷裂力學(xué)納范疇。這種情況可用應(yīng)力強(qiáng)度因子K進(jìn)行擴(kuò)展判據(jù)或考慮小范圍屈服修正的斷裂判據(jù)來討論其脆斷問題。但在工程中還經(jīng)常遇到另一類斷裂問題，即所謂大范圍屈服斷裂與全面屈服斷裂問題。例如由中、低強(qiáng)度鋼制成的構(gòu)件，由于其韌度較高(除了低溫、厚截面或高應(yīng)變速率情況外)，裂紋在擴(kuò)展前，其端部的塑性區(qū)尺寸已接近甚至超過裂紋尺寸，這類斷裂即屬于大范圍屈服斷裂問題。另外如壓力容器上的接管部位，由于存在很高的局部應(yīng)力與焊接殘余應(yīng)力。致使這一地區(qū)的材料處于全面屈服狀態(tài)，在這種高應(yīng)變的塑性區(qū)中，較小的裂紋也可能擴(kuò)展而引起斷裂，這類問題屬于全面屈服斷裂問題。大范圍屈服斷裂與全面屈服斷裂均屬于彈塑性斷裂力學(xué)范疇，解決彈塑性斷裂問題是彈理性斷裂力學(xué)的任務(wù)。此時(shí)在大范圍屈服條件下能夠定量的裂紋尖端區(qū)域彈塑性應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)強(qiáng)度的參量并可通過試驗(yàn)測(cè)定并應(yīng)用于工程的判據(jù)主要有COD理論及J積分理論。
在ansys中可以實(shí)現(xiàn)J積分 的求解，它是通過定義單元應(yīng)變能及在積分路徑上應(yīng)力應(yīng)變位移回路圍線上積分形成求解的。
從網(wǎng)上找到了J積分求解的命令流：請(qǐng)大家討論：
!J積分
*CREATE,JIN1
STINFC
SEXP,W,SENE,VOLU,1,-1
                 
PATH,JINT,4,50,48
PPATH,1,ARG1
PPATH,2,ARG2
PPATH,3,ARG3
PPATH,4,ARG4
PDEF,W,ETAB,W
                 
PCALC,INTG,J,W,YG
*GET,JA,PATH,,LAST,J
PDEF,CLEAR
PVECT,NORM,NX,NY,NZ
PDEF,INTR,SX,SX
PDEF,INTR,SY,SY
PDEF,INTR,SXY,SXY
PCALC,MULT,TX,SX,NX
PCALC,MULT,C1,SXY,NY
PCALC,ADD,TX,TX,C1
PCALC,MULT,TY,SXY,NX
PCALC,MULT,C1,SY,NY
PCALC,ADD,TY,TY,C1
*GET,DX,PATH,,LAST,S
DX=DX/100
PCALC,ADD,XG,XG,,,,-DX/2
PDEF,INTR,UX1,UX
PDEF,INTR,UY1,UY
PCALC,ADD,XG,XG,,,,DX
PDEF,INTR,UX2,UX
PDEF,INTR,UY2,UY
PCALC,ADD,XG,XG,,,,-DX/2
C=(1/DX)
PCALC,ADD,C1,UX2,UX1,C,-C
PCALC,ADD,C2,UY2,UY1,C,-C
PCALC,MULT,C1,TX,C1
PCALC,MULT,C2,TY,C2
PCALC,ADD,C1,C1,C2
PCALC,INTG,J,C1,S
*GET,JB,PATH,,LAST,J
JINT=2*(JA-J
PDEF,CLEAR
*END
上述命令中的倒數(shù)第三句應(yīng)為：
JINT=2*(JA-J)
在J積分路徑選擇時(shí)，盡量避開應(yīng)力奇異區(qū)域，也就是說路徑選擇在離裂尖稍遠(yuǎn)的區(qū)域 ，積分與路徑無關(guān)那時(shí)斷裂力學(xué)上寫的 。
但是方向不一定就是下表面到上表面，而與你裂紋
的開口方向有關(guān)，只要保證沿幾分路徑，裂紋區(qū)域在
路徑的左面。