Zencrack Introduction

Jon Ma

公司简介 Zencrack 是 Zentech 公司的 公司的3D高级断裂力学分析软件。 高级断裂力学分析软件。 高级断裂力学分析软件 Zentech 是一家总部设在英国的专注于提供工程咨询和高级软件 解决方案的公司。在比利时、巴西等地设有分公司， 解决方案的公司。在比利时、巴西等地设有分公司，业务覆盖广泛 的工程领域：航天、国防、核工业、海洋工程、制造业、 的工程领域：航天、国防、核工业、海洋工程、制造业、结构和土 木工程等。 木工程等。

Zencrack 7.4 : Introduction

Zencrack Overview

What is Zencrack? Zencrack 是高级 是高级3D断裂力学分析软件。 断裂力学分析软件。 断裂力学分析软件 Zencrack 能够快速计算任意载荷作用下的 能够快速计算任意载荷作用下的3D裂纹的断裂力学参 裂纹的断裂力学参 数：– 应力强度因子 – 能量释放率

Zencrack 自动计算在任意载荷作用下的 自动计算在任意载荷作用下的3D疲劳裂纹扩展行为或 疲劳裂纹扩展行为或 时间相关的裂纹扩展行为– 裂纹扩展速率 方向 裂纹扩展速率&方向 – 剩余寿命 – 寿命延长

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Analysis methodology Zencrack 用有限元法计算断裂力学参数。 用有限元法计算断裂力学参数。 Zencrack 能够在完好的有限元模型上生成具有多重裂纹前缘的 3D有限元网格。 有限元网格。 有限元网格 Zencrack 与通用商业有限元分析软件有接口： 与通用商业有限元分析软件有接口：– – – – Abaqus/Standard Ansys/Classic Finas MSC.Marc

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Analysis types 分析类型： 分析类型：– 线弹性 – 非线性 Zencrack utilizes the full capabilities of the interfaced FE code

材料行为： 材料行为：– 塑性 – 蠕变 – 橡胶

裂纹扩展类型： 裂纹扩展类型：– 疲劳 – 蠕变 – 蠕变疲劳

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Common applications Zencrack 可应用于当裂纹行为、裂纹扩展预测和剩余寿命评估具有重要意义的任何领域，如： 可应用于当裂纹行为、裂纹扩展预测和剩余寿命评估具有重要意义的任何领域，– – – – – – – 航空航天 核工业 电厂 管道、 管道、压力容器 制造业 海洋工程 ……

典型应用： 典型应用：– – – – – – – – – – – – – – – – – 对零件内不同的裂纹尺寸进行参数化研究 FAD (API 579 & BS 7910) 确定在给定裂纹尺寸和载荷历史下的剩余寿命 确定给定寿命下的最大裂纹尺寸 确定无损检测周期 确定维修方案 确定一定疲劳载荷下的临界裂纹尺寸 寿命延长 耐久性分析 损伤容限评估 延性和脆性破坏模式之间的交互作用 高温蠕变的Ct积

分 高温蠕变的 积分 焊接结构 橡胶 胶粘、 胶粘、层合板复合材料 DOE ……

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How does Zencrack work ?1. 完整零件的有限元网Zencrack 需要首先输入一个完整零 件的有限元网格。 件的有限元网格。 有限元网格可以是其他有限元软件生 成的网格， 成的网格，也可以是专业前处理工具 生成的网格。 生成的网格。 需要引入裂纹的部位，网格必须由 或 需要引入裂纹的部位，网格必须由8或 20节点的六面体单元构成。 节点的六面体单元构成。 节点的六面体单元构成USER INPUT An existing f.e. mesh of an uncracked component

USER INPUT Additional data e.g. crack location, size & crack growth data

ZENCRACK Creates f.e. mesh of the cracked component

F.E. CODE Analysis

ZENCRACK Evaluates crack growth

ZENCRACK Updates f.e. model

STOP

no

ZENCRACK Next f.e. analysis?

yes

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How does Zencrack work ?2. 附加数据附加的数据通过text文件输入 文件输入 附加的数据通过 Zencrack。 。 附加数据包括指定裂纹的位置、 附加数据包括指定裂纹的位置、方向 大小、初始裂纹前缘等。 、大小、初始裂纹前缘等。 如需预测裂纹扩展行为，还需要指定 如需预测裂纹扩展行为， 裂纹扩展法则。 裂纹扩展法则。USER INPUT An existing f.e. mesh of an uncracked component ZENCRACK Creates f.e. mesh of the cracked component

USER INPUT Additional data e.g. crack location, size & crack growth data

F.E. CODE Analysis

ZENCRACK Evaluates crack growth

ZENCRACK Updates f.e. model

STOP

no

ZENCRACK Next f.e. analysis?

yes

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How does Zencrack work ?3. 生成包含初始裂纹的网格Zencrack的第一步就是生成包含初 的第一步就是生成包含初 始裂纹的网格。 始裂纹的网格。 在新网格中， 在新网格中，裂纹前缘附近的边界条 件和压力载荷将被更新。 件和压力载荷将被更新。 在新网格中计算J积分和 在新网格中计算 积分和COD。 积分和 。ZENCRACK Evaluates crack growth USER INPUT An existing f.e. mesh of an uncracked component ZENCRACK Creates f.e. mesh of the cracked component

USER INPUT Additional data e.g. crack location, size & crack growth data

F.E. CODE Analysis

ZENCRACK Updates f.e. model

STOP

no

ZENCRACK Next f.e. analysis?

yes

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How does Zencrack work ?4. 有限元计算含裂纹的网格自动提交给有限元软件 进行计算， 进行计算，如：Abaqus、Ansys、 、 、 Finas、 MSC.Marc. 、 如果只需要得到给定裂纹的断裂力学 参数(应力强度因子、 参数(应力强度因子、能量释放率等 ),这是最后一步 这是最后一步。 ),这是最后一步。USER INPUT An existing f.e. mesh of an uncracked component ZENCRACK Creates f.e. mesh of the cracked component

USER INPUT

Additional data e.g. crack location, size & crack growth data

F.E. CODE Analysis

Only required for crack growth

ZENCRACK Evaluates crack growth

ZENCRACK Updates f.e. model

STOP

no

ZENCRACK Next f.e. analysis?

yes

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How does Zencrack work ?5. 裂纹扩展预测Zencrack从有限元分析的输出结果 从有限元分析的输出结果 文件提取必要的信息用来计算新的裂 纹前缘位置。 纹前缘位置。 网格也会根据新裂纹前缘的位置进行 更新 。USER INPUT An existing f.e. mesh of an uncracked component ZENCRACK Creates f.e. mesh of the cracked component

USER INPUT Additional data e.g. crack location, size & crack growth data

F.E. CODE Analysis

ZENCRACK Evaluates crack growth

ZENCRACK Updates f.e. model

STOP

no

ZENCRACK Next f.e. analysis?

yes

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How does Zencrack work ?6. 下一步的有限元分析？ 下一步的有限元分析？如果没有达到用户定义的分析结束条 件，Zencrack将提交一个新的有限 将提交一个新的有限 元分析。 元分析。 上述循环过程不断重复， 上述循环过程不断重复，直到达到用 户定义的限制条件或破坏条件， 户定义的限制条件或破坏条件，如 SIF达到 SIF达到KIC。 达到KUSER INPUT An existing f.e. mesh of an uncracked component

USER INPUT Additional data e.g. crack location, size & crack growth data

ZENCRACK Creates f.e. mesh of the cracked component

F.E. CODE Analysis

ZENCRACK Evaluates crack growth

ZENCRACK Updates f.e. model

STOP

no

ZENCRACK Next f.e. analysis?

yes

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Full Analytical Procedure

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A Example

Objective: Take a geometry model….

Load

Crack required at this corner on the symmetry plane

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完整的网格(裂纹附近需要全六面体网格) 完整的网格(裂纹附近需要全六面体网格)

Crack required at this corner on the symmetry plane

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定义裂纹前缘位置

Required initial crack front position shown on the uncracked mesh

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引入裂纹， 引入裂纹，重新生成裂纹前缘附近的网格

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