裂纹模拟断裂仿真软件

ALOF (Analysis Laboratory of Failure)软件由University of Iowa、University of Glasgow与National University of Singapore的三位研究人员通力合作研发。主要目标就是为用户提供一个对含缺陷构件方便准确进行模拟计算的平台，以评估含裂纹等缺陷金属构件的安全性与可靠性。ALOF的分析精度已为大量的实验和学术论文所证明。
ALOF的主要功能和特色为：
⑴ 方便快捷地模拟含裂纹或缺陷体的失效破坏过程，评估裂纹构件的安全与可靠性。建立分析模型时可不预设裂纹形状，裂纹扩展过程更无需人工干预；为提高分析精度，用户可在裂纹附近进行高效的分层加密。
⑵ ALOF拥有友好的用户交互界面，用户可以在交互界面上建立CAE网格模型、定义材料和荷载以及选择多种裂纹求解算法。ALOF可以根据分析结果生成失效或破坏过程的动画，提供用户所需要的失效分析报告。
下面是采用该软件对一个门式起重机主梁的角焊缝裂纹安全评估与检修周期制定。
1、背景介绍及模型简化ALOF实现
门式起重机主梁的角焊缝是最容易出现裂纹扩展的区域之一，我们以此部位为例介绍ALOF确定漏检设备检修周期的过程。

图1.门式起重机示意图

图2.门式起重机主梁参数化建模对话框与参数化模型
通过对该设备进行现场仪器探测和主梁模型的有限元分析，发现在某角焊缝处存在最大拉应力σm=150MPa，该部位受力如下图3所示


图3角焊缝模型
该角焊缝处存在一漏检表面裂纹，以探测设备的漏检长度作为裂纹初始长度，裂纹长度a =2mm，如下图4所示。对该角焊接局部区域建立有限元模型，并定义初始裂纹，进行检修周期的计算，有限元模型如图所示。

(a) 导入二维CAD模型 (b) 生成平面网格模型 (c)拉伸得到实体网格模型
图4.角焊接区建模过程
2、计算结果展示

图 5.角焊接处裂纹扩展结果展示



图6.动态裂纹扩展过程应力云图、网格变化及散点图
3、确定检修周期

(a) 安全系数与疲劳次数关系曲线 (b)裂纹扩展量和疲劳次数关系曲线
图7.疲劳次数分析结果
由图可知，该裂纹在应力循环1.4百万次以后，安全系数急剧变小，疲劳次数也趋于一极限值，此时结构将发生破坏，而裂纹扩展前十步的疲劳次数达到总寿命的95%以上，故取该疲劳次数来确定检修周期，根据国内外实践经验通常取疲劳扩展次数的十分之一作为检修周期，所以该设备的检修周期为：
检修周期=1.46百万次÷每日使用次数200÷一年365天÷保守系数10=2年