金屬裂紋擴展與損傷容限分析

任何結構件在設計時，都應提前考慮使用過程中的疲勞、變形、斷裂、磨損等情況，對實際工況中承受的應力強度（包括針對多種工況的軸向載荷、彎曲載荷和軸承載荷等）做出限制。

對於經受變化載荷的結構，如飛機、輪船、車輛等，設計要結合無損探傷技術和疲勞理論，提供結構的檢驗期限，以保證結構中存在的裂紋在該期限內不會擴展為臨界裂紋。一旦設計有誤，材料在使用壽命內裂紋擴展失穩甚至斷裂，將對材料使用性能造成不可逆損傷，其危害性極大。

裂紋擴展指材料在外界因素作用下裂紋成核、生長的動態過程。裂紋擴展有三個階段：成核、穩態擴展和失穩擴展。

損傷容限（damage tolerance）是一種較新的結構設計理論。該理論假設，任何結構材料內部都有來自加工及使用過程的缺陷，而設計者的任務是利用各種損傷理論以及給定的外載荷，確定這些缺陷的擴展速度以及結構的剩餘強度。

由於微缺陷是無處不在的，而結構的疲勞破壞往往是從微缺陷開始的，因此，對於強度安全性的分析已經逐步由靜、動、疲勞強度轉移到損傷容限分析。

通過對裂紋擴展和損傷容限的分析，可以預測金屬的斷裂壽命。現在可以藉助相關模擬軟體來模擬金屬材料的裂紋萌生、裂紋擴展與預測斷裂壽命。通過構建裂紋幾何模型，基於有限元模型，可以模擬幾十種裂紋，並且在同一部件內同時計算多條裂紋。

目前AFGROW可以實現分析板結構（包括孔效應）、非軸對稱角裂孔以及連續損傷問題中的兩條獨立的裂紋，其中有限元解決方案可以分析雙裂紋、非對稱角裂孔和孔裂紋擴展，該功能能夠處理一組連接孔的裂紋擴展問題。軟體內含多種遲滯模型，用以處理彈塑性、裂紋閉合等複雜情況的影響。對粘接修補結構的裂紋擴展分析也可以進行。

比較方便的是，AFGROW可以自動將輸出數據轉換成Microsoft Excel，數據在Windows應用程序間也可以通過剪切和粘貼轉換，英制和公制單位可實時切換。對於結果的查看更為一目了然。

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