幾何重構(gòu)與三維裂紋建模方法目錄新一代FRANC3D簡(jiǎn)介幾何重構(gòu)與三維裂紋建模高級(jí)建模及注意事項(xiàng)應(yīng)用案例目錄新一代FRANC3D簡(jiǎn)介幾何重構(gòu)與三維裂紋建模高級(jí)建模及注意事項(xiàng)應(yīng)用案例FRANC3D產(chǎn)品簡(jiǎn)介美國(guó)FAC公司開(kāi)發(fā)，起源于康奈爾大學(xué)斷裂工作組，30年的研發(fā)歷史模擬工程結(jié)構(gòu)的任意三維裂紋擴(kuò)展及壽命任意結(jié)構(gòu)形狀、任意載荷工況、任意裂紋形態(tài)與ANSYS、ABAQUS、NASTRAN等有接口采用自適應(yīng)網(wǎng)格重劃技術(shù)來(lái)引入和更新裂紋裂紋擴(kuò)展不受結(jié)構(gòu)形狀、單元類型和擴(kuò)展方向的限制疲勞裂紋擴(kuò)展、時(shí)間相關(guān)裂紋擴(kuò)展（蠕變、應(yīng)力腐蝕、保載時(shí)間等）、準(zhǔn)靜態(tài)裂紋擴(kuò)展，以及混合作用下的裂紋擴(kuò)展可計(jì)算微動(dòng)疲勞裂紋萌生壽命內(nèi)嵌NASGRO材料疲勞數(shù)據(jù)庫(kù)支持用戶自定義裂紋擴(kuò)展模型和判據(jù)完整的有限元模型裂紋擴(kuò)展區(qū)域應(yīng)力分析ANSYS/ABAQUS/NASTRAN定義初始裂紋FRANC3D位移溫度

裂紋面牽引力模型剩余部分重新劃分網(wǎng)格計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子擴(kuò)展裂紋ANSYS/ABAQUS/NASTRAN合并模型FRANC3DV7.4的工作流程子模型技術(shù)裂紋尺寸相對(duì)于結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)往往很小，F(xiàn)RANC3D將網(wǎng)格重劃區(qū)域限定在子模型內(nèi)降低網(wǎng)格重新劃分的難度，大大減少數(shù)據(jù)的處理量在裂紋擴(kuò)展的任一步都可以重新定義子模型裂紋引入流程選擇裂紋（缺陷）類型零體積裂紋橢球（空腔）定義裂紋尺寸定義裂紋位置和空間角度定義裂紋尖端網(wǎng)格模板（單元環(huán)）然后FRANC3D自動(dòng)引入裂紋并重新劃分網(wǎng)格設(shè)置裂紋尺寸/形狀參數(shù)設(shè)置裂紋位置和空間角度設(shè)置裂紋尖端網(wǎng)格模板參數(shù)AnchoratNode裂紋引入向?qū)Я鸭y尖端1/4節(jié)點(diǎn)楔形奇異單元兩個(gè)或多個(gè)六面體單元環(huán)金字塔形單元用于六面體和四面體單元的過(guò)渡全局使用四面體單元裂紋尖端單元類型目錄新一代FRANC3D簡(jiǎn)介幾何重構(gòu)與三維裂紋建模高級(jí)建模及注意事項(xiàng)應(yīng)用案例直接利用已有的三維網(wǎng)格模型FRANC3D不用重新建模，直接讀入已有的有限元軟件的關(guān)鍵字文件即可FRANC3D輸出的是包含裂紋的新的關(guān)鍵字文件（和經(jīng)過(guò)插值后的節(jié)點(diǎn)溫度的文件）子模型可以簡(jiǎn)化幾何重構(gòu)的過(guò)程完整的三維網(wǎng)格模型子模型網(wǎng)格模型的幾何重構(gòu)從表面網(wǎng)格近似出幾何曲面

重新劃分后的網(wǎng)格位于曲面上1）計(jì)算所有節(jié)點(diǎn)的加權(quán)平均法線2）為每個(gè)單元面定義1或2個(gè)三角形Bezier面片3）識(shí)別“拓?fù)洹边?，并將形成邏輯面的面片組合起來(lái)三角形Bezier面片拓?fù)溥吅瓦壿嬅嫫拭嫔系木W(wǎng)格被保留下來(lái)邊的提取邊的提取定義裂紋幾何面片裂紋形狀、尺寸、方向和位置裂紋幾何由貝塞爾曲面面片組成裂縫尖端可以是曲線（三次樣條）或直線初始裂紋可以是平面或非平面的裂紋尖端網(wǎng)格模板網(wǎng)格模板用于在裂紋尖端附近布置規(guī)則的單元環(huán)單元環(huán)由六面體和1/4節(jié)點(diǎn)楔形單元組成典型的單元環(huán)橫截面-單元環(huán)幾何與裂紋幾何綁定在一起交叉計(jì)算和修剪計(jì)算所有模型和裂紋面片的面/面交叉修剪面片并將其組合成復(fù)合對(duì)象外視圖內(nèi)視圖修剪后的面片剖分為三角形子面片，并保持模型“水密性”。注意：這些為幾何圖形，而不是表面網(wǎng)格。交叉計(jì)算和修剪交叉計(jì)算和修剪后的幾何體劃分面網(wǎng)格為所有“邏輯”曲面劃分三角形表面網(wǎng)格網(wǎng)格符合保留的剖面上的網(wǎng)格保留剖面上的網(wǎng)格Templatemeshextractedasitisalreadymeshed劃分體網(wǎng)格金字塔單元用于四面體和六面體單元的過(guò)渡采用進(jìn)階算法（AdvancingFront）*生成四面體網(wǎng)格算法遵循幾何上重合但在裂紋面的兩側(cè)生成不同節(jié)點(diǎn)剖面單元環(huán)外表面*Neto,J.B.,Wawrzynek,P.A.,Martha,L.F.,andIngraffea,A.R.,“Analgorithmforthree-dimensionalmeshgenerationforarbitraryregionswithcracks,”EngngwithComp.,Vol.17,75-91(2001)裂紋擴(kuò)展通過(guò)將擴(kuò)展后的裂紋幾何面片重新插入原始的模型來(lái)擴(kuò)展裂紋：簡(jiǎn)化軟件編程減少步驟之間存儲(chǔ)的信息量允許在裂紋擴(kuò)展過(guò)程中改變或替換子模型初始裂紋裂紋擴(kuò)展裂紋擴(kuò)展后的網(wǎng)格非平面裂紋擴(kuò)展目錄新一代FRANC3D簡(jiǎn)介幾何重構(gòu)與三維裂紋建模高級(jí)建模及注意事項(xiàng)應(yīng)用案例子模型的剖分粗大的剖面網(wǎng)格和較薄的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)格劃分困難，因?yàn)闆](méi)有足夠的空間生成質(zhì)量良好的金字塔和四面體單元保留的剖面網(wǎng)格裂紋幾何面片的定義裂紋幾何面片應(yīng)當(dāng)適當(dāng)大于裂紋的尺寸裂紋尖端網(wǎng)格模板單元環(huán)與結(jié)構(gòu)表面的相交位置，會(huì)適當(dāng)調(diào)整單元的拓?fù)浜蛶缀?，以維持表面形狀如果單元環(huán)與結(jié)構(gòu)表面呈銳角，則單元高度畸變，無(wú)法精確計(jì)算SIF可在單元環(huán)與結(jié)構(gòu)表面相交處劃分自由網(wǎng)格裂紋位于單個(gè)單元面中裂紋被引入到原始網(wǎng)格的某個(gè)單元面中，且與任何單元邊都不相交將裂紋引入到單個(gè)單元面內(nèi)裂紋位于單個(gè)單元面中如果嘗試這樣做，F(xiàn)RANC3D應(yīng)該會(huì)在DOS窗口中顯示如圖6.14所示的信息，裂紋將無(wú)法正確引入在單個(gè)單元面內(nèi)引入裂紋，將會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤信息裂紋位于單個(gè)單元面中最常見(jiàn)的情況為模板會(huì)單獨(dú)引入而沒(méi)有裂紋裂紋引入失敗，但是模板可以被引入裂紋位于單個(gè)單元面中解決方法是將裂紋放置在能夠穿過(guò)單元邊界的地方裂紋可以平移或調(diào)大尺寸如果無(wú)法移動(dòng)裂紋或調(diào)整其尺寸，則需要調(diào)整原始的有限元網(wǎng)格模型即在要引入裂紋的位置使用更精細(xì)的單元重新劃分網(wǎng)格模型表面幾何拐角處的裂紋可以在模型表面幾何的拐角處引入裂紋，但是通常需要打開(kāi)“SimpleTemplateIntersectionsOnly”選項(xiàng)以更好地創(chuàng)建裂紋尖端模板。在模型表面的拐角處引入裂紋模型表面幾何拐角處的裂紋將模板半徑減小一半，且選中了“SimpleTemplateIntersectionsOnly”選項(xiàng)減小模板半徑可以沿裂紋尖端獲得更多單元，從而使更多節(jié)點(diǎn)更靠近模型表面打開(kāi)了“SimpleTemplateIntersectionsOnly”選項(xiàng)，并減小了模板半徑界面裂紋界面裂紋