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1.产品介绍FRANC3D是一个在已有的有限元网格中插入和扩展裂纹或空隙的程序。
本手册描述了程序的图形用户界面的组件，特别是版本7。
它在适当的地方还包括一些基础理论和概念，但FRANC3D理论参考提供了更多这些细节。
单独的FRANC3D命令语言和Python扩展参考提供了所有命令和相应Python函数的列表。
有三个独立的FRANC3D教程文档描述了程序的使用情况，并结合了三种支持的商业FE程序:ANSYS、ABAQUS和NASTRAN。
此外，还有一个FRANC3D Benchmark文档描述了许多具有应力强度因子（SIF）解析或手册解决方案的裂缝配置，并将FRANC3D SIF与这些值进行比较。
要开始使用FRANC3D，你可以选择其中的一个教程并遵循步骤。
可以在本教程的任何FRANC3D建模步骤中查阅此参考文档以获取更多详细信息。
还应该尝试复制一些基准示例，或选择自己的模型进行验证。
在本文档中，面板上的菜单按钮，对话框或向导面板标题以及按钮用粗体文字表示。
下划线文本表示对话框或向导面板中的字段，标签和可选选项。
模型和文件名将以斜体文字表示。
这种格式应该与教程一致。
2.通用操作和3D视图操作FRANC3D主窗口的图像如图2.0.1所示。
大部分屏幕由显示当前模型的3D图形窗口使用。
首次显示模型时，3D视图将设置为使观察者从正z方向的位置朝向模型中心。
观看者与模型之间的距离设置为使整个模型可见。
对于大多数操作，人们可能希望改变视图以查看模型的不同侧面和/或更仔细地查看细节。
与许多其他程序一样，通过按下鼠标按键和键盘按键的适当组合，在3D图形窗口中移动鼠标，可以更改视图。
视图处理有五个基本功能。
为每个功能定义了鼠标按键和键盘按键的独特组合。
可以使用“首选项”对话框中的3D视图选项卡更改按钮和键分配（在第5.4节中介绍）。
视图功能是(使用FRANC3D默认鼠标和键盘键分配):旋转（鼠标左键，没有键盘按键）：鼠标移动旋转屏幕上的模型。
ALOF系统-新一代三维疲劳裂纹扩展分析软件ALOF全称为Analyses Laboratory of Fracture，意为一个面向疲劳断裂过程的仿真实验室。
它以断裂力学为基础，对含缺陷构件进行模拟分析，为断裂失效分析专家提供科学数据和判断。
ALOF采用目前世界上最先进的裂纹扩展计算技术(扩展有限元技术XFEM和虚节点多边形有限元法VNM)，由数位具有机械工程和计算力学专业背景的留洋博士、中外籍教授团队历时四年开发而成。
目前，ALOF软件被由洞力公司开展专业的研发、市场推广与商业化运作。
ALOF可以准确预测静载荷或疲劳载荷作用下裂纹行为，确定工程结构损伤容限，为完整性与耐久性分析提供依据，进而指导制定装备的维护方案。
2006年以来，ALOF分析的可靠性已经在广泛的工程实践和学术研究中得到了证实，为中国首款三维裂纹建模和扩展分析软件。
众所周知，3D裂纹扩展的有限元模拟一直是工程界的一个难题，其困难主要有两个。
一、裂纹扩展后物体的边界形状发生改变，必须重新建立CAD和CAE模型；二、裂纹尺寸相对较小而尖端的应力场却非常奇异，一般的网格密度无法得到可靠的结果。
个别软件虽然通过裂纹修正网格的方式实现了简单形状（结构化网格）产品的裂纹扩展，但因仅接受六面体网格，无法处理复杂形状的结构。
ALOF采用XFEM 技术和VNM两项关键技术，克服了3D裂纹扩展的两个难题，真正实现了复杂工程结构和复杂形状裂纹的全自动高效模拟计算。
ALOF是目前市场上的商业软件中，唯一一个使用了XFEM技术和VNM技术模拟裂纹扩展与预测疲劳寿命的软件。
ALOF具有强大的完全独立的可视化建模器、内核求解器以及后处理器，而且提供了与主流CAD、CAE软件的接口，不但可以进行传统的弹塑性分析，也可以进行二维、三维的裂纹扩展模拟。
ALOF的典型应用领域：高速列车核工业航空宇航国防军工能源动力化工机械工程机械船舶海洋土木结构……ALOF应用举例：任意形状的无缺陷产品预测疲劳寿命和检修周期；任意形状含缺陷产品安全性评估和剩余寿命的计算；任意工业结构及装备中裂纹尺寸进行参数化研究；确定给定寿命下的最大裂纹尺寸；确定给定裂纹张开面积（COA）下的最大裂纹尺寸；失效事故裂纹扩展过程的追溯；……模型生成：导入任意形状的CAD模型；导入任意形状的裂纹曲面；一键式生成疏密合理的二维、三维网格；导入其他CAE软件的网格和计算结果；基于ALOF专有的VNM技术，在裂纹扩展前缘自适应加密；高效的网格松弛技术，保证裂纹分析时较小的单元量；高效直观的材料、荷载建模器。
FRANC3D中⽂⼿册1.产品介绍FRANC3D是⼀个在已有的有限元⽹格中插⼊和扩展裂纹或空隙的程序。
本⼿册描述了程序的图形⽤户界⾯的组件，特别是版本7。
它在适当的地⽅还包括⼀些基础理论和概念，但FRANC3D理论参考提供了更多这些细节。
单独的FRANC3D命令语⾔和Python扩展参考提供了所有命令和相应Python函数的列表。
有三个独⽴的FRANC3D教程⽂档描述了程序的使⽤情况，并结合了三种⽀持的商业FE程序:ANSYS、ABAQUS和NASTRAN。
此外，还有⼀个FRANC3D Benchmark⽂档描述了许多具有应⼒强度因⼦（SIF）解析或⼿册解决⽅案的裂缝配置，并将FRANC3D SIF与这些值进⾏⽐较。
要开始使⽤FRANC3D，你可以选择其中的⼀个教程并遵循步骤。
可以在本教程的任何FRANC3D建模步骤中查阅此参考⽂档以获取更多详细信息。
还应该尝试复制⼀些基准⽰例，或选择⾃⼰的模型进⾏验证。
在本⽂档中，⾯板上的菜单按钮，对话框或向导⾯板标题以及按钮⽤粗体⽂字表⽰。
下划线⽂本表⽰对话框或向导⾯板中的字段，标签和可选选项。
模型和⽂件名将以斜体⽂字表⽰。
这种格式应该与教程⼀致。
2.通⽤操作和3D视图操作FRANC3D主窗⼝的图像如图2.0.1所⽰。
⼤部分屏幕由显⽰当前模型的3D图形窗⼝使⽤。
⾸次显⽰模型时，3D视图将设置为使观察者从正z⽅向的位置朝向模型中⼼。
观看者与模型之间的距离设置为使整个模型可见。
对于⼤多数操作，⼈们可能希望改变视图以查看模型的不同侧⾯和/或更仔细地查看细节。
与许多其他程序⼀样，通过按下⿏标按键和键盘按键的适当组合，在3D图形窗⼝中移动⿏标，可以更改视图。
视图处理有五个基本功能。
为每个功能定义了⿏标按键和键盘按键的独特组合。
可以使⽤“⾸选项”对话框中的3D视图选项卡更改按钮和键分配（在第5.4节中介绍）。
视图功能是(使⽤FRANC3D默认⿏标和键盘键分配):旋转（⿏标左键，没有键盘按键）：⿏标移动旋转屏幕上的模型。
在划分裂纹网格时需要注意的问题以下问题仅针对FRANC3D V6.0较早期的试用版，如有网格划分不成功，请检查是否属于下列所述的情况。
1)如果使用了子模型技术，则子模型应尽量定义的规则些，长宽高三个方向上的尺度尽量接近。
（注：如果子模型定义的不合适，可以在裂纹扩展的任意一步重新定义子模型）。
2)在引入裂纹时，所定义的裂纹面片最好要延伸出模型的自由表面之外，特别是下图左侧的穿透型裂纹，如果面片尺寸刚好与引入的初始裂纹相等，则可能由于误差的原因导致引入裂纹不成功，需要避免。
（最新版已不存在该问题）3)如果读入的子模型有些面上的网格被保留下来，则在该面上不能引入裂纹，因为引入裂纹后会对该面进行重新网格化分，与被保留的网格产生冲突。
4)另外，如下图所示的子模型，上侧剖面上的网格被保留，则模型右上角的部分在划分网格时会出现困难，因为没有足够的空间用于生成金字塔形过渡单元来连接被保留下来的较粗略的四边形单元面。
5)FRANC3D读入的是网格模型，如果引入裂纹的位置恰好位于原有网格模型的单元边上（下图左），则裂纹面片在“剪切”几何体时容易引起退化现象。
如果裂纹位置稍微偏离一下，错开单元边，将会大大提高裂纹引入的成功率。
错开位置不用过大，只需离开单元边长1/100的距离即可（下图右），对应力强度因子的结果影响非常微小。
最好的办法就是在划分网格时要注意，在引入裂纹的位置不要布置单元边，或利用网格划分工具，将引入裂纹位置处的节点偏移一下即可。
（最新版已不存在该问题）6)在裂纹扩展时，新的裂纹尖端一定要延伸到结构的自由表面之外（如下图），否则会网格更新不成功，可以调整extrapolate(%)参数来控制裂纹两端延伸出来的百分比。
7)初始裂纹为圆形或椭圆形表面裂纹，在裂纹扩展的过程中如果出现网格更新不成功，有可能是原始的圆形或椭圆形面片的网格与扩展之后的网格之间的匹配问题（下图左），可以将原始的面片网格加密（下图右），或者换另外一种类型的初始裂纹，如长条形裂纹。
任意裂纹扩展分析FRANC3DFRANC3D V7.0（FRacture ANalysis Code 3D / Version 7.0）是美国FAC公司开发的新一代裂纹分析软件，用来计算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和疲劳寿命，它基于有限元软件进行断裂力学计算，与ANSYS、ABAQUS 和NASTRAN等有接口。
FRANC3D V7.0界面FRANC3D V7.0还可计算微动疲劳裂纹萌生寿命、位置和起裂方向，裂纹萌生寿命加扩展寿命即为结构全寿命。
微动疲劳裂纹萌生计算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 V7.0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，是目前全球最专业、最流行的任意三维裂纹扩展分析与损伤容限评估软件。
FRANC3D V7.0研发历程FRANC3D V7.0研发资助机构利用FRANC3D V7.0，可以对以下几方面进行研究：∙微动疲劳裂纹萌生寿命、位置和起裂方向分析∙损伤容限评估∙耐久性分析∙结构安全和可靠性评估∙裂纹尺寸与结构剩余寿命的关系研究∙确定初始缺陷在给定载荷历史条件下的剩余寿命∙确定给定寿命和载荷下的临界裂纹尺寸（允许存在多大的初始缺陷）∙确定无损检测周期和维修方案∙焊接结构失效分析∙……FRANC3D V7.0的主要更新：1.新的裂纹引入与更新算法，裂纹引入稳定性更好，成功率更高。
2.可以利用虚拟裂纹闭合技术计算能量释放率（GI、GII、GIII）。
3.初始裂纹库中增加准椭圆形裂纹类型。
4.恒幅疲劳裂纹扩展计算时，除了给定应力比R之外，还增加了通过载荷自动计算应力比R的选项。
