【iSolver案例分享2】标准紧凑拉伸(CT)试样的弹塑性分析

Solver案例分享：标准紧凑拉伸(CT)试样的弹塑性分析

引言：结构有限元软件iSolver已发展到一定阶段，现采用结构有限元软件iSolver进行结构分析，iSolver可使用Abaqus作为前后处理工具，本文以标准紧凑拉伸(CT)试样的弹塑性分析为例，将iSolver求解器和Abaqus计算结果进行对比，比对两种有限元软件的计算结果。

断裂试验试样是指带有预制裂纹的用以测定材料断裂韧性的试样。试样形式、几何尺寸、各部分比例、裂纹预制方法与尺寸等在相应的测试标准中都有规定。

常用的断裂试样有：(1)三点弯曲（TPB)试样；（2)紧凑拉伸(CT)试样；（3)中心裂纹板(CCP)试样；（4)单边裂纹板(SECP)试样；（5）双边裂纹板(DECP)试祥；(6)拱形试样。

                                      图1 CT试样

紧凑拉伸试件（CT）是与一种根据ASTM和ISO标准制造的缺口试样。CT试样广泛用于断裂力学和腐蚀测试领域，以获取材料的断裂韧性和疲劳裂纹扩展数据。

图2 CT试样示意图

通过使用疲劳试验机，在样品孔中的销钉施加周期性载荷来产生疲劳裂纹。疲劳裂纹将从缺口处开始，逐渐延伸到整个样品。通常通过测量随裂纹扩展而变化的试样的顺应性来监测裂纹的长度，也可以通过使用光学显微镜直接测量以测量裂纹尖端的位置来监测裂纹的长度，或者根据裂纹口张开或引伸计读数间接监测裂纹的长度。对于轧制材料，缺口应与材料最薄弱的轧制方向对齐。这将确保所获得的所有结果都是保守的。

问题描述：

下面以一个CT试样为例，对其进行弹塑性分析，计算其应力分布及位移分布。在计算过程中，采用国际单位制：长度（mm）、质量（g）、力（N）、应力（MPa）、时间（秒，s）

操作：

CT试样模型如图所示。模型弹性模量E=150GPa，泊松比v=0.3的弹塑性各向同性材料。

图3 材料的塑性

图4  CT试样载荷边界

设定好材料参数和载荷后，划分网格。采用六面体单元C3D8划分网格，网格数量14776。检查网格后提交计算。

图5 划分网格

分别采用Abaqus和iSolver求解器进行计算。

图6分别提交Abaqus和iSolver求解器计算

计算结果对比：

对比两者的计算结果。以下是应力分布的对比。

图7  Abaqus和iSolver计算的应力分布对比

图7中，上图是abaqus计算的结果，最大应力407.1MPa，位于节点3252处，下图是iSolver求解结果，最大应力406.9MPa，位于节点3252处。二者计算结果基本一致。

位移分布的对比：

图8  Abaqus和iSolver计算的位移分布对比

图8中，上图是abaqus计算的结果，最大位移0.1321mm，位于节点1268处，下图是iSolver求解结果，最大位移0.1321mm，位于节点1268处。二者计算结果基本一致。