案例3 - 矩形钢闸门裂纹疲劳开展分析

1.案例介绍

矩形钢闸门是水利工程中的重要设备，如果发生断裂，会影响到水工建筑物的正常运行，严重时甚至会引发安全事故。对矩形钢闸门进行断裂分析，可以及时发现并解决潜在的安全隐患，保证设备运行的安全性和稳定性。可以了解其在承受水压力、摩擦力等复合载荷作用下的应力分布、变形情况等，进而优化矩形钢闸门的设计，提高其承载能力和使用寿命。还可以发现这些制造工艺方面的问题，并及时采取改进措施，提高矩形钢闸门的制造质量。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何导入几何，自动生成网格
  • 学习如何导入模型网格
  • 学习如何设置模型与材料相关选项
  • 学习如何求解计算
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

步骤一：选择断裂类型

进入断裂分析模块，点击“断裂分析”，在“断裂分析类型”处选择“裂缝疲劳开展分析”。

步骤二：导入几何

进入断裂分析模块，点击“几何”，上传几何文件gate.step，本案例几何名为gate。如下图所示：

步骤三：几何分组

点击“几何”前的“+”，弹出“几何分组”，点击其后的“+”，创建两个面组和一个体组。

步骤四：划分网格

点击“网格”，类型选择“几何生成”，“网格划分方法”选择“手动划分”，精度调至最大。并设置单元最大尺寸为0.01m，最小尺寸为0.008m。设置完毕后点击最下方的“生成网格”，等网格划分成功后，会显示网格信息。

步骤五：单元设置

点击“单元设置”，在“惯性效应”处选择3D，“单元类型”选择“三维完全积分单元”。

步骤六：全局模型

将“重力加速度”设为9.8，方向沿Y轴负向。

步骤七：材料设置

点击“材料”，可对模型设置全局属性的线性材料，包括“杨氏模量”、“泊松比”、“密度”。

步骤八：裂纹设置

点击“裂纹设置”后的“+”，选择“椭圆”，在椭圆裂纹中根据模型以及裂纹的尺寸设置合理的参数，具体如下图所示：

步骤九：边界条件与载荷

点击“边界条件与荷载”后的“+”，选择“固定支撑”，将施加位置设为两侧面“face_3”；

再次选择边界条件“压强”，设为1e7Pa，施加位置在“face_1”上。

步骤十：求解器设置

打开“网格细化”功能，设“细化迭代数”为2，“细化区域半径”和“粗化区域半径”为0.05；“材料参数C”和“材料参数M”均设为1，其余设置采用默认设置。

步骤十一：时间步&资源

点击“时间步&资源”，设置“核数选择”为16核，“最大运行时间”为3600s。

步骤十二：结果配置&计算

点击“物理场”后的“+”，选择位移，再次点击，选择应力，“应力种类”为Tresca等效应力。

点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十三：结果展示

点击“仿真计算”前“+”，查看结果云图。