案例7 - 音叉静态裂纹仿真

1.案例介绍

音叉作为一种用于测量频率、振动等的工具或元件，在某些应用中（如精密测量、校准仪器等）扮演着关键角色。如果音叉发生断裂，不仅可能导致测量数据不准确，还可能对使用它的设备或系统造成损害，甚至对操作人员构成安全威胁。因此，对音叉进行断裂分析是确保其安全使用的重要步骤；断裂分析可以帮助确定音叉断裂的原因，如材料缺陷、应力集中、疲劳断裂等。通过了解断裂原因，可以采取相应的预防措施，避免类似问题再次发生，提高音叉的可靠性和使用寿命。断裂分析的结果可以为音叉的设计优化和改进提供重要依据。通过分析断裂部位、断口形貌和断裂机理等信息，可以改进音叉的材质、结构、尺寸和制造工艺等，提高其强度、稳定性和抗疲劳性能。

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“裂缝静态参数分析”。

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Tuning_fork.STEP，本案例几何名为Tuning_fork。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。

步骤四：划分网格

点击“网格”，“网格划分方法”设置为“手动划分”，“网格划分精度”调至最大，"单元最大尺寸"设置为0.001m，“单元最小尺寸”设置为0.0005m。设置完毕后，点击“生成网格”。

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“半平面”，在半平面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”，将施加位置设为面“face_1”；

再次选择边界条件“压强”，设为1e5Pa，施加位置在“face_2”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0.001；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”为冯米塞斯应力。

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。