新一代FRANC3D
微动疲劳与任意三维裂纹扩展分析
新一代FRANC3D（FRacture ANalysis Code for 3D）是FAC公司开发的裂纹分析软件，用来计算微动疲劳裂纹萌生寿命（包括裂纹萌生位置和起裂方向）以及工程结构在任意复杂的几何形状、载荷条件和裂纹形态下的三维裂纹扩展轨迹和寿命。
FAC公司 (Fracture Analysis Consultants, Inc.)成立于1988年，起源于国际权威的断裂力学研究机构-康奈尔大学断裂工作组，与美国军方和政府组织长期进行项目合作研究和软件联合开发。FRANC3D是由FAC公司联合美国空军研究实验室（AFRL）、NASA马歇尔太空飞行中心、美国海军航空系统司令部(NAVAIR）及波音、普惠等公司开发的新一代裂纹分析软件，专用于任意三维裂纹扩展分析与损伤容限评估。
功能特点
- 具备参数化裂纹库，可引入任意三维裂纹，含材料界面裂纹、跨材料界面裂纹、对称裂纹、空腔及有限体积“厚”裂纹等
- 采用自适应网格重新划分技术来更新裂纹网格，裂纹前缘使用规则的奇异单元和六面体单元环，并于周围网格采用共节点无缝连接
- 利用M-积分、COD和VCCT计算三种断裂模式的应力强度因子（KI、KII、KIII）和能量释放率（GI、GII、GIII）
- 可考虑温度、裂纹面接触、裂纹面载荷和各种残余应力的影响
- 可计算弹塑性J-积分、高温蠕变C-积分、COD和T-应力
- 可计算单晶材料的应力强度因子，可将其解析到各滑移平面
- 能够计算裂纹在静电场作用下的J-积分
- 具备载荷计划编辑器（Load Schedule），可定义任意复杂载荷谱
- 可计算疲劳、时间相关、疲劳叠加时间相关载荷作用下的三维裂纹扩展和寿命
- 独有的动态配对和谐振开花（Resonance Blossom）技术来计算高/低周叠加载荷下的裂纹扩展寿命
- 内嵌NASGRO材料疲劳数据库，包含560多种金属和合金材料
- 具备裂纹成核模型，可计算微动疲劳裂纹萌生寿命、萌生位置和起裂方向
- 内嵌Python二次开发接口，可用户自定义裂纹扩展模型、裂纹扩展方向判据及裂纹扩展速率公式
FRANC3D的优势
- 采用对话框和向导式的操作方式，操作便捷，易上手
- 采用有限元法来计算断裂力学参数，与ANSYS、ABAQUS、NASTRAN等有接口，支持所有版本
- 唯一能够同时计算各向同性和各向异性材料中KI、KII、KIII的断裂力学软件
- 能够分析裂纹前缘跨越多种材料的裂纹，如焊缝区域的裂纹扩展问题；
- 可以分析“多轴-不同相位”的复杂疲劳裂纹扩展
- 裂纹扩展过程中可考虑应力重新分布的情况
- 内嵌NASGRO材料疲劳数据库及NASGRO、DARWIN软件接口
- 可以分析多重裂纹，并能够分析多工况和多载荷步
- 支持批处理计算
- 支持中文界面
工程应用和价值
- 设计优化
- 评估不同设计方案的寿命，进行优化设计，提高寿命
- 损伤容限设计
- 对不可检结构给出最大允许初始损伤
- 对可检结构给出检修周期
- 工艺优化
- 为加工工艺（如表面处理）的改进提供指导
- 含缺陷结构的评估
- 结构安全性和可靠性评估
- 计算剩余寿命和剩余强度
- 排故复现与排故
- 分析多种因素下的裂纹扩展，重现破坏过程，确定失效原因
- 确定维修方案
- 评估各方案的裂纹扩展风险和结构的剩余强度，确定最优维修方案