NASGRO-疲勞斷裂機理與疲勞裂紋擴展分析軟件

NASGRO是上世紀80年代美國航空航天局約翰遜宇航中心(NASA Johnson Space Center)在歐洲航天局和FAA的技術(shù)協(xié)助下開發(fā)的軟件,NASGRO最初被用于對NASA航天器的斷裂失效進行預測和控制,在NASA的老化飛機研究項目中,NASGRO被選定為飛機結(jié)構(gòu)疲勞裂紋擴展分析的指定軟件,從而使得NASGRO的分析能力得到了極大的提升。
20多年以來,NASGRO的功能在尖端項目應用中不斷豐富和擴充,被應用于以航空航天和軍工為代表的各行各業(yè),已經(jīng)發(fā)展成為具有廣泛適應領(lǐng)域的疲勞裂紋預測和生長分析專業(yè)尖端技術(shù)軟件。目前NASGRO在全球40多個國家有超過1700家用戶。
美國西南研究院(SwRI)在2000年與NASA簽署了太空行動協(xié)議,開始負責NASGRO的開發(fā)和用戶服務(wù)。

NASGRO是用于疲勞斷裂預測以及疲勞裂紋擴展壽命預測的軟件,其主要功能包括:
? 疲勞裂紋生成(初始化)分析。
? 疲勞裂紋擴展和斷裂分析。
? 預測結(jié)構(gòu)壽命。
? 處理并儲存疲勞裂紋擴展參數(shù)。
NASGRO提供了統(tǒng)一的Windows風格圖形用戶界面,在界面下集成各個分析模塊,包括:
? NASFORM:疲勞裂紋生成(初始化)模塊。
? NASFLA:核心壽命預測模塊。
? NASBEM:二維邊界元分析模塊。
? NASMAT:材料數(shù)據(jù)庫模塊。

NASGRO提供了集成的Windows風格圖形用戶界面,用戶可以方便直觀地輸入?yún)?shù)或者建立批處理文件,并可以方便地觀察和修改。用戶在該界面中可以對同類裂紋進行不同幾何參數(shù)或者縮放系數(shù)的敏感性分析。

NASFORM是NASGRO的疲勞裂紋初始化模塊。
NASFORM提供了一個應力壽命模型和四個應變壽命方程,可以輸入應變壽命數(shù)據(jù)。

NASFLA是NASGRO的核心壽命預測模塊。
NASFLA提供了獨特的強大斷裂力學分析功能,可以對多種類型的斷裂力學問題進行計算,例如:

? 計算給定裂紋幾何形態(tài)和載荷條件的應力強度因子,并且可以列表或圖形化顯示計算結(jié)果。NASFLA可以考慮超過60種的裂紋幾何形態(tài)。

? 基于幾何形態(tài)、初始裂紋長度和載荷譜來計算裂紋擴展并最終確定導致裂紋非穩(wěn)定發(fā)展的載荷循環(huán)數(shù)或者壽命,在此計算中應用NASGRO裂紋擴展方程、Walker方程以及輸入數(shù)據(jù)表。

? 計算在給定的載荷歷史條件下,將導致裂紋擴展失效的臨界初始裂紋尺寸。

? 計算在給定載荷下,應力強度因子將等于材料斷裂韌度的臨界最終裂紋尺寸。

? 進行持續(xù)裂紋擴展分析,計算裂紋擴展速度,從而確定在材料斷裂失效前能夠經(jīng)受一個恒定載荷作用的時間。

NASBEM是NASGRO的二維邊界元分析模塊,用于計算二維形態(tài)裂紋的應力強度因子,可以考慮多軸載荷條件以及混合裂紋模式。
NASBEM可以用于建立應力強度因子表以及相應的裂紋長度,并進一步用于NASFLA模塊預測壽命。
NASBEM也可以計算任意形狀未開裂二維區(qū)域的應力場。
NASBEM包括三個部分:

? 友好的數(shù)據(jù)輸入界面。

? 邊界元求解器,包括應力強度因子計算程序。

? 后處理應力分析程序,提供了圖形輸出選項。

NASMAT可用于對材料的疲勞裂紋擴展數(shù)據(jù)或者斷裂韌度進行存儲、提取或者曲線擬合。NASMAT的材料數(shù)據(jù)庫以英制與國際單位制方式提供了眾多的材料數(shù)據(jù),如下表所示。
材料數(shù)據(jù)庫提供了超過9000組數(shù)據(jù),其中包括超過3000組的疲勞裂紋擴展數(shù)據(jù)以及超過6000組的斷裂韌度數(shù)據(jù)點。用戶可以對這些數(shù)據(jù)查找、繪圖或者擬合,以用于NASGRO裂紋擴展方程或者用戶指定的擴展速度方程。這些數(shù)據(jù)也可以輸入到擴展速度表中。