ABAQUS中疲劳扩展VCCT技术

VCCT（Virtual Crack Closure Technique）指的是虚拟裂纹张合技术，这个技术是

根据Irwin能量理论提出来的，其核心思想为：假设裂纹在扩展中释放的能量等于闭合裂纹所需要的能量。

我们来看裂缝的扩展过程，在下图的扩展中，我们假设裂缝的前缘形状是不发生变

化的，即扩展后裂缝的张开尺寸和扩展前的张开尺寸是相等的。

如图所示，当裂缝从左图扩展到右图的时候，假设其能量释放率为G I，而裂缝扩展所

需要的临界能量释放率为G IC，那么，当G I>G IC时，裂缝就会发生扩展，即裂缝的扩

展准则为

在这个公式中，b和d分别表示的是单元上裂尖位置的宽度和长度，F v,2,5指的是节点2和5之间的垂直力，v1,6表示节点1和6之间的垂直位移（如下图所示）。

我们注意到，这个理论能够预测裂缝的扩展，但是只适用于I型裂缝的状态，对于普

通裂缝，则需要对理论进行修正，这时候，就需要用等效应变能量释放率G equiv来表示。

在通用状态下，我们用这个公式替代上面的扩展准则，因为G equiv是包含三种裂缝能量释放率的，我们来看看它的表达式：

在ABAQUS中，对G equiv的计算有三种方法，包括BK法，power low方法和Reeder law方法

BK法：

power low方法：

Reeder law方法：

这样，我们就可以通用的准则分析裂纹扩展了。

可以看到，VCCT的本质只是一种裂缝扩展准则，我们在实现它的时候需要预先定义一个用于扩展的裂缝，在ABAQUS的standard和explicit中定义的方法是不同的。

Standard：

在Standard中定义裂缝是比较简单，将裂缝面定义为接触即可。

Explicit：

在Explicit中定义裂缝也是需要将裂缝表面定义为接触，不过要定义成粘结属性（cohesive behavior）的接触，由于这个操作不支持CAE界面，所以只能通过keywords来实现*CONTACT CLEARANCE, NAME=clearance_name, SEARCH

NSET=bonded_nset_name

**

*SURFACE INTERACTION, NAME=interaction_name

*COHESIVE BEHAVIOR

*FRACTURE CRITERION

..**

*CONTACT

*CONTACT CLEARANCE ASSIGNMENT

slave_surface, master_surface, clearance_name

*CONTACT PROPERTY ASSIGNMENT

slave_surface, master_surface, interaction_name

在定义好裂缝以后，还需要定义VCCT的疲劳扩展准则，这一步可以在CAE中实现（以BK为例）：

Create Interaction Property: Contact, Mechanical Fracture

Criterion, Type: VCCT, Mixed mode behavior:BK

在定义好这两步后，就可以实现VCCT的功能了。