復(fù)雜結(jié)構(gòu)斷裂力學(xué)分析軟件ALOF
ALOF軟件以目前最先進(jìn)的裂紋擴(kuò)展算法XFEM為基礎(chǔ)，利用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的虛節(jié)點(diǎn)法（Virtual Node Method，VNM），變革了過去幾十年在裂紋擴(kuò)展分析中的“根據(jù)裂紋面切割網(wǎng)格”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備模型與裂紋模型的單獨(dú)建模，復(fù)雜結(jié)構(gòu)中裂紋的高效率、高精度動態(tài)擴(kuò)展仿真。
ALOF軟件建立的I型裂紋和II型裂紋模型
軟件可以方便地為復(fù)雜的裂紋計(jì)算問題建立分析模型，用戶按照常規(guī)有限元分析過程錄入設(shè)備結(jié)構(gòu)信息、材料性能、工況等數(shù)據(jù)建立分析模型并另外導(dǎo)入裂紋模型即可組成一個含裂紋模型。同時，軟件還開發(fā)了各種主流有限元軟件的數(shù)據(jù)接口，可以導(dǎo)入其他主流有限元軟件生成的模型文件和結(jié)果等。
軟件計(jì)算得到的含裂紋模型的第一主應(yīng)力分布圖
軟件優(yōu)勢技術(shù)
擴(kuò)展有限單元法（XFEM）
XFEM是先進(jìn)斷裂擴(kuò)展計(jì)算技術(shù)，XFEM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了裂紋網(wǎng)格獨(dú)立于幾何模型網(wǎng)格，它帶來了兩個方面的技術(shù)進(jìn)步：1.裂紋網(wǎng)格與幾何模型網(wǎng)格分別建模；2.裂紋擴(kuò)展走向不再依賴于幾何模型網(wǎng)格。這兩點(diǎn)技術(shù)進(jìn)步在裂紋擴(kuò)展模擬中具有革命性意義。
由于幾何模型與裂紋模型的尺寸差異較大，同時裂紋具有尖銳的形狀，傳統(tǒng)斷裂分析中含裂紋模型建模難度非常大，網(wǎng)格劃分復(fù)雜，而ALOF中裂紋網(wǎng)格與幾何模型網(wǎng)格可以分別建模再進(jìn)行組合，建模的靈活性和便捷性得到了大幅提高。幾何模型網(wǎng)格既可以是六面體單元也可以是四面體單元。
幾何模型網(wǎng)格 裂紋網(wǎng)格 合并為含裂紋模型
裂紋模型和幾何模型單獨(dú)建模與組合
裂紋切割原理對比
如上圖所示：左側(cè)傳統(tǒng)有限元單元法在仿真疲勞裂紋擴(kuò)展時必須沿單元邊界進(jìn)行“斷裂”，因此在處理動態(tài)裂紋擴(kuò)展分析中需要頻繁的重新剖分網(wǎng)格，大規(guī)模工程問題的計(jì)算效率和精度難以得到保證；而右側(cè)的XFEM則可以從在任意位置斷開，無需對網(wǎng)格進(jìn)行重剖分，即可自動實(shí)現(xiàn)裂紋的動態(tài)擴(kuò)展分析。
多邊形插值有限元（VNM）技術(shù)
裂紋尖端有奇異的應(yīng)力場，需要劃分足夠細(xì)密網(wǎng)格才能達(dá)到足夠的分析精度。采用傳統(tǒng)的全局加密方式或者劃分裂紋擴(kuò)展區(qū)域的局部加密，都不足以有效減小模型規(guī)模。下圖展示了基于虛節(jié)點(diǎn)的新型多邊形插值有限元VNM技術(shù)，在裂紋擴(kuò)展過程中實(shí)現(xiàn)了裂紋尖端區(qū)域網(wǎng)格的自動局部加密，也就是裂紋尖端擴(kuò)展到哪里，尖端附近的一個微小區(qū)域就自動加密。
裂紋尖端分層高精度加密算法
這種新型有限單元技術(shù)具有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)，它實(shí)現(xiàn)了裂紋尖端區(qū)域網(wǎng)格的自動分層加密，從而大幅提高了XFEM求解裂紋尖端應(yīng)力場的精度，同時由于無需重新剖分和全域加密網(wǎng)格，整體計(jì)算效率也獲得了極大提升。進(jìn)一步，ALOF的求解器專門針對斷裂分析開發(fā)，具有極高的求解效率。
3．軟件主要分析功能及分析結(jié)果
主要分析功能
計(jì)算裂紋體的應(yīng)力強(qiáng)度因子、J積分等
對不同的裂紋尺寸進(jìn)行參數(shù)化研究
確定一定疲勞荷載下的臨界裂紋尺寸
確定一定疲勞壽命下的臨界裂紋尺寸
損傷容限評估
裂紋在當(dāng)前受力狀態(tài)下的擴(kuò)展情況
輸出的主要分析結(jié)果
（1）位移、應(yīng)變、應(yīng)力、屈服區(qū)等常規(guī)有限元分析結(jié)果；
（2）裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子KI，KII，KIII，等效應(yīng)力強(qiáng)度因子Keqv、裂紋擴(kuò)展角、J積分、能量釋放率G、裂紋張開位移COD等；
（3）裂紋面兩側(cè)的不連續(xù)位移場，裂紋擴(kuò)展量，裂紋擴(kuò)展角，裂紋擴(kuò)展過程中的交變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。
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