结构力学仿真软件：ADINA：疲劳与断裂力学模拟技术教程.pdf
结构力学仿真软件：ADINA：疲劳与断裂力学模拟技术教程
1ADINA软件概述
ADINA(AutomaticDynamicIncrementalNonlinearAnalysis)是一款功能强大的
有限元分析软件，广泛应用于结构力学、流体动力学、热力学以及多物理场耦
合分析等领域。在疲劳与断裂力学模拟方面，ADINA提供了先进的算法和工具，
能够精确预测材料在循环载荷作用下的疲劳寿命以及裂纹扩展行为。
1.1ADINA的疲劳分析模块
ADINA的疲劳分析模块基于S-N曲线和Miner累积损伤理论，能够处理复
杂结构的疲劳问题。软件支持多种疲劳分析方法，包括基于应力的疲劳分析、
基于应变的疲劳分析以及基于能量的疲劳分析。
1.1.1基于应力的疲劳分析
在基于应力的疲劳分析中，ADINA使用最大应力或应力幅值来评估疲劳寿
命。这种方法适用于表面处理良好、应力集中较小的结构件。
1.1.2基于应变的疲劳分析
基于应变的疲劳分析考虑了材料的塑性变形，适用于应力集中较大的结构
件。ADINA通过计算等效应变来预测疲劳寿命。
1.1.3基于能量的疲劳分析
基于能量的疲劳分析方法考虑了材料内部的能量耗散，适用于复合材料和
非线性材料的疲劳分析。ADINA通过计算损伤能量密度来评估疲劳寿命。
1.2ADINA的断裂力学模块
ADINA的断裂力学模块能够模拟裂纹的起始、扩展和止裂过程，适用于预
测结构在裂纹存在下的安全性。软件支持J-积分、断裂韧性、裂纹尖端场分析
等方法。
1.2.1J-积分方法
J-积分是一种评估裂纹尖端能量释放率的方法，适用于线弹性材料的断裂
分析。ADINA通过计算J-积分值来预测裂纹的扩展方向和速度。
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1.2.2断裂韧性分析
断裂韧性分析考虑了材料的塑性变形对裂纹扩展的影响，适用于塑性材料
的断裂分析。ADINA通过计算材料的断裂韧性来评估裂纹的扩展行为。
1.2.3裂纹尖端场分析
裂纹尖端场分析是一种详细研究裂纹尖端应力和应变分布的方法，适用于
预测裂纹扩展路径。ADINA通过计算裂纹尖端的应力强度因子来评估裂纹的稳
定性。
2疲劳与断裂力学基础理论
疲劳与断裂力学是研究材料在循环载荷作用下性能退化和裂纹扩展的学科。
它在工程设计和材料选择中起着至关重要的作用，特别是在航空、汽车和桥梁
等结构的可靠性评估中。
2.1疲劳基础理论
疲劳是指材料在循环载荷作用下，即使应力低于其静态强度，也会逐渐产
生损伤并最终导致断裂的现象。疲劳分析通常基于S-N曲线，即应力-寿命曲线，
来预测材料的疲劳寿命。
2.1.1S-N曲线
S-N曲线描述了材料在不同应力幅值下达到疲劳断裂的循环次数。ADINA能
够根据用户提供的S-N曲线数据，进行疲劳寿命预测。
2.1.2Miner累积损伤理论
Miner累积损伤理论认为，材料的疲劳损伤是累积的，每一次循环载荷都
会对材料造成一定的损伤。当损伤累积到一定程度时，材料就会发生疲劳断裂。
2.2断裂力学基础理论
断裂力学是研究裂纹在材料中扩展的力学行为。它主要关注裂纹尖端的应
力强度因子和能量释放率，以及材料的断裂韧性。
2.2.1应力强度因子
应力强度因子（K）是衡量裂纹尖端应力集中程度的指标。在ADINA中，
可以通过有限元分析计算裂纹尖端的应力强度因子，从而评估裂纹的扩展趋势。
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2.2.2能量释放率
能量释放率（G）是裂纹扩展过程中释放的能量。在ADINA的断裂分析中，
能量释放率是判断裂纹是否稳定的重要参数。
2.2.3断裂韧性
断裂韧性（Kc）是材料抵抗裂纹扩展的能力。在ADINA中，通过输入材料
的断裂韧性数据，可以进行裂纹扩展的模拟和预测。
请注意，上述内容中未包含具体代码示例，因为ADINA软件的使用主要基
于图形用户界面和输入文件，而非编程代码。然而，对于输入文件的编写，
ADINA提供了详细的用户手册和示例，用户可以根据具体问题的需要，编写相
应的输入文件来执行疲劳与断裂力学的模拟分析。
3前处理
3.1建立模型
在进行疲劳与断裂力学模拟之前，首先需要在ADINA中建立模型。这包括
定义几何形状、导入CAD模型