ZenCrack软件简介

ZenCrack 是 ZenTech 公司开发的3D高级裂纹扩展行为分析软件。该软件通过通用的有限元分析软件(如Ansys、Abaqus)分析获得静力学参数,同时利用获得的静力学参数,快速计算任意载荷作用下的3D裂纹的断裂力学参数,包括应力强度因子和能量释放率。同时ZenCrack还可以利用获得的静力学参数,自动计算在任意载荷作用下的3D疲劳裂纹扩展行为或时间相关的裂纹扩展行为,比如裂纹扩展速率&方向、结构剩余寿命和结构寿命延长相关方案校验。

ZenCrack技术特点

  • 特有的Crack-Block技术
    ZenCrack运用特有的Crack-Block技术完全解决了三维空间裂纹尖端网格处理的问题。Crack-Block做为ZenCrack自带的包含初始裂纹的六面体单元,可以帮助用户很方便的在确保裂纹尖端网格质量的前提下精确定义初始裂纹形状和尺寸。具体过程如下图所示:
  • 特有的网格松弛和边界随移技术
    裂纹在扩展的过程中,包含裂纹前沿的Crack-Block也将随裂纹的扩展而移动。在Crack-Block移动的过程中,势必会带来和Crack-Block相关联的网格尺寸的变化。在这种变化达到一定的程度的情况下相邻单元的单元质量将无法得到有效的保证。在这种情况下,ZenCrack可以自动的判断相关单元的网格质量,在相关单元的网格质量低于一定的标准的情况下,ZenCrack将自动的将Crack-Block跳转到裂纹扩展路径上的下一个单元,从而保证计算的精度。具体跳转过程如下图所示:
  • 过渡单元技术
    large crack-block表面与相邻网格之间的主从关系不一致,这种主从关系的不一致可能会带来界面上的应力集中问题,如下图所示:

    导致应力集中的原因可能有以下两点:
    1.在一个区域可能是主-从关系,而在另一个区域是从-主关系
    2.过渡单元保证了在界面两边定义正确的主从关系
    ZenCrack特有的过渡单元,可以很方便的解决主从关系不一致带来的应力集中问题。
    使用过渡单元后改进的结果和合理的应力分布图如下所示:
  • 复合材料层间开裂的处理能力
    飞行器结构中运用复合材料的比率越来越高。ZenCrack针对复合材料的层间开裂问题有着特殊的处理能力。ZenCrack中可以自动的识别和定义裂纹面的接触对,从而可以有效的防止当载荷为局部I型闭合载荷时裂纹面的过渡闭合问题,即相互侵入问题。
  • 关键特征总结
    • 用 Crack-block 技术对裂纹区域建模
    • 裂纹在3D网格中移动通过 Crack-block 移动来实现
    • 用边界转移技术来减小网格扭曲
    • 用网格松弛技术来减小裂纹区域以外的网格扭曲
    • 表面映射技术保持任意外部曲面形状
    • 用户自定义初始裂纹前缘
    • 求解深裂纹问题的能力

ZenCrack应用领域与行业

Zencrack 可应用于当裂纹行为、裂纹扩展预测和剩余寿命评估具有重要意义的任何领域。

典型应用如下:

  • 对零件内不同的裂纹尺寸进行参数化研究
  • 确定在给定裂纹尺寸和载荷历史下的剩余寿命
  • 确定给定寿命下的最大裂纹尺寸
  • 确定无损检测周期
  • 确定维修方案
  • 确定一定疲劳载荷下的临界裂纹尺寸
  • 寿命延长
  • 耐久性分析
  • 损伤容限评估
  • 延性和脆性破坏模式之间的交互作用
  • 高温蠕变的 Ct 积分
  • 焊接结构
  • 橡胶
  • 胶粘、层合板复合材料
  • DOE等等

主要的应用的行业包括:

航空航天、兵器工业、国防军事、能源电力、石油化工、核工业、工程机械、船舶与海洋工程等等

ZenCrack部分应用案例

  1. 输气管道主管道和分支管道交汇焊接部位的缺陷分析
    缺陷处理为沿周向的3D完整圆型裂纹,对不同大小、位置和深度的缺陷进行分析,得到裂纹前缘应力强度因子的分布,用于可靠性评估。
  2. 含裂纹结构的修补分析
    含裂纹焊接结构的修补分析,用来确定有效的补丁大小和厚度。红色为粘结剂,黄色为补丁。
  3. 多重裂纹分析
    电厂高压水箱排水孔多重裂纹分析。通过压力和瞬态传热耦合分析计算裂纹前缘应力强度因子。由于模型的复杂性,利用子模型方法以减少计算时间。红色为裂纹面。
  4. 直升机提升框架疲劳裂纹扩展分析
    2mm初始裂纹在典型直升机载荷谱作用下扩展到25mm的飞行时间。
    材料:aluminium alloy 7010 T73651
    载荷谱:ASTRIX load spectrum

ZenCrack软件国内国际主要用户

部分国内用户名单

  • 中国核能研究所
  • 沈阳飞机设计研究所
  • 成都飞机设计研究所
  • 中航工业第一飞机设计研究院
  • 合肥通用机械研究所
  • 内蒙古第一机械制造(集团)有限公司
  • 清华大学
  • 同济大学
  • 上海海事大学

部分国际用户名单

  • Rolls Royce (UK)
  • Airbus (France)
  • Boeing (USA)
  • WPAFB, US Airforce, Ohio (USA)
  • Institute of Nuclear Safety System, Inc. (Japan)
  • The Welding Institute (UK)
  • Battelle Memorial Institute (USA)
  • Robert Bosch GmbH (Germany)
  • Defense R & D Institute (Australia)
  • Hitachi Corp. (Japan)
  • Bridgestone Tires (Japan)
  • Frazer Nash Ltd. For British Energy plc. (UK)
  • University of Nottingham (UK)
  • University of Kyoto (Japan)
  • University of Troyes (France)
  • Queen Mary University London (UK)
  • University of Chemnitz (Germany)
  • University - NEWI, Wales (UK)
  • University - IST (Portugal)
  • University – Douai (France)
  • University – MIT (USA)
  • University – Copes (Brazil)
  • University – Brunel (UK)
  • University - Osaka (Japan)
  • University – Manchester (UK)
  • University of Nagoya (Japan)
  • University of Wichita (USA)
  • Aberdeen University (UK)
  • University – Hannam S (Korea)