復雜結構斷裂力學分析軟件ALOF

ALOF軟件以目前最先進的裂紋擴展算法XFEM為基礎，利用具有自主知識產權的虛節點法（Virtual Node Method，VNM），變革了過去幾十年在裂紋擴展分析中的“根據裂紋面切割網格”技術，實現了設備模型與裂紋模型的單獨建模，復雜結構中裂紋的高效率、高精度動態擴展仿真。

ALOF軟件建立的I型裂紋和II型裂紋模型

軟件可以方便地為復雜的裂紋計算問題建立分析模型，用戶按照常規有限元分析過程錄入設備結構信息、材料性能、工況等數據建立分析模型并另外導入裂紋模型即可組成一個含裂紋模型。同時，軟件還開發了各種主流有限元軟件的數據接口，可以導入其他主流有限元軟件生成的模型文件和結果等。

軟件計算得到的含裂紋模型的第一主應力分布圖

軟件優勢技術

擴展有限單元法（XFEM）

XFEM是先進斷裂擴展計算技術，XFEM技術實現了裂紋網格獨立于幾何模型網格，它帶來了兩個方面的技術進步：1.裂紋網格與幾何模型網格分別建模；2.裂紋擴展走向不再依賴于幾何模型網格。這兩點技術進步在裂紋擴展模擬中具有革命性意義。

由于幾何模型與裂紋模型的尺寸差異較大，同時裂紋具有尖銳的形狀，傳統斷裂分析中含裂紋模型建模難度非常大，網格劃分復雜，而ALOF中裂紋網格與幾何模型網格可以分別建模再進行組合，建模的靈活性和便捷性得到了大幅提高。幾何模型網格既可以是六面體單元也可以是四面體單元。

幾何模型網格                                        裂紋網格                                 合并為含裂紋模型

裂紋模型和幾何模型單獨建模與組合

裂紋切割原理對比

如上圖所示：左側傳統有限元單元法在仿真疲勞裂紋擴展時必須沿單元邊界進行“斷裂”，因此在處理動態裂紋擴展分析中需要頻繁的重新剖分網格，大規模工程問題的計算效率和精度難以得到保證；而右側的XFEM則可以從在任意位置斷開，無需對網格進行重剖分，即可自動實現裂紋的動態擴展分析。

多邊形插值有限元（VNM）技術

裂紋尖端有奇異的應力場，需要劃分足夠細密網格才能達到足夠的分析精度。采用傳統的全局加密方式或者劃分裂紋擴展區域的局部加密，都不足以有效減小模型規模。下圖展示了基于虛節點的新型多邊形插值有限元VNM技術，在裂紋擴展過程中實現了裂紋尖端區域網格的自動局部加密，也就是裂紋尖端擴展到哪里，尖端附近的一個微小區域就自動加密。

裂紋尖端分層高精度加密算法

這種新型有限單元技術具有完全的自主知識產權，它實現了裂紋尖端區域網格的自動分層加密，從而大幅提高了XFEM求解裂紋尖端應力場的精度，同時由于無需重新剖分和全域加密網格，整體計算效率也獲得了極大提升。進一步，ALOF的求解器專門針對斷裂分析開發，具有極高的求解效率。

3．軟件主要分析功能及分析結果

主要分析功能

計算裂紋體的應力強度因子、J積分等

對不同的裂紋尺寸進行參數化研究

確定一定疲勞荷載下的臨界裂紋尺寸

確定一定疲勞壽命下的臨界裂紋尺寸

損傷容限評估

裂紋在當前受力狀態下的擴展情況

輸出的主要分析結果

（1）位移、應變、應力、屈服區等常規有限元分析結果；

（2）裂紋尖端的應力強度因子K_I，K_II，K_III，等效應力強度因子K_eqv、裂紋擴展角、J積分、能量釋放率G、裂紋張開位移COD等；

（3）裂紋面兩側的不連續位移場，裂紋擴展量，裂紋擴展角，裂紋擴展過程中的交變應力循環次數。

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