CN105548005A - 基于sif值评估cfrp加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法及***，该方法包括以下步骤：S1、生成裂纹前缘单元，定义裂纹初始尺寸，形成裂纹体；并根据形成的裂纹体建立非裂纹体的有限元模型；S2、判断有限元模型是否加固；S3、对有限元模型施加载荷约束，并采用位移外推法求解该裂纹长度所对应的SIF值；S4、判断是否满足裂纹尺寸设定，并输出加固和未加固的两组有限元模型的不同尺寸裂纹对应的SIF值。本发明通过数值仿真，具有成本低、实用性强等优点，可与试验方法结合，指导试验，节约成本；并且采用本方法即可快速完成CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性分析的整个过程，具有较好的通用性，耗时短、效率高。

Description

基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法

技术领域

本发明涉及CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的分析方法，尤其涉及一种基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法。

背景技术

在各工业与民用建筑、桥梁、起重机、隧道、管道、压力容器等中存在大量的钢结构，受环境条件和外界载荷的影响，不可避免的会产生一些裂纹，裂纹的存在给工程设施带来极大的安全隐患。鉴于工程建设的经济性，为了延长受损钢结构的使用寿命，就必须对损伤结构进行加固。传统的钢结构加固修复方法是焊接，但是由于焊接的冶金过程机理的限制，焊接接头始终是钢结构中的薄弱环节。碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢结构是近年发展起来的新技术，与传统的钢结构修复方法相比，粘贴CFRP修复钢结构技术具有明显的优势：如比强度和比刚度高，良好的抗疲劳性能和抗腐蚀能力等。

应力强度因子(SIF)是描述裂纹尖端附近区域应力强度的特征系数，由于裂纹尖端的奇异性，该处趋于无穷大，这种情况下，再用应力作为传统的强度条件就失去了意义。而SIF是个有限量，该特点决定了它更能准确地描述裂纹尖端的应力场强度。在实际应用中，SIF值主要用来度量裂纹前缘的应力场强度，判断裂纹是否会扩展以及研究扩展速率等问题。

影响CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的因素众多，用试验的方法研究CFRP修复钢结构受到很大的限制，耗时长，且裂纹长度的动态扩展在CFRP覆盖下的监测是一大难题，难以达到精度要求。在基础研究阶段，数值分析方法是研究CFRP加固修复钢结构的主要方法，其适应性强，分析时不受结构形状、受载状况和边界条件等的限制，可比较真实的反映工程实际。通过数值仿真，可用较低的成本获得大量有价值的信息，为试验提供必要的数据，减少验证性试验，降低研究成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中检测方法耗时长，且精度低的缺陷，提供一种能够准确的检测裂纹状态的基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法，包括以下步骤：

S1、生成裂纹前缘单元，定义裂纹初始尺寸，形成裂纹体；并根据形成的裂纹体建立非裂纹体的有限元模型；

S2、判断有限元模型是否加固，若进行了加固，则在有限元模型上建立胶层和CFRP的有限元模型，“钢板-胶层-CFRP”实现节点耦合并创建宏文件，对裂纹前缘单元进行奇异化处理；若未进行加固，则直接创建宏文件，并对裂纹前缘单元进行奇异化处理；

S3、对有限元模型施加载荷约束，并采用位移外推法求解该裂纹长度所对应的SIF值；

S4、判断是否满足裂纹尺寸设定，若满足尺寸设定，则改变裂纹初始尺寸，重复执行步骤S1-S3；若不满足尺寸设定，则输出加固和未加固的两组有限元模型的不同尺寸裂纹对应的SIF值。

进一步地，本发明的步骤S1中生成裂纹前缘单元的具体方法为：

将当前坐标系转换为柱坐标系，确定裂纹前缘单元的角度和数量，对每个裂纹前缘单元建立多个节点，并对节点进行编号，根据建立的多个节点生成单个裂纹前缘单元。

进一步地，本发明的步骤S1中裂纹前缘单元的角度为11.25°，数量为16个。

进一步地，本发明的步骤S1中形成裂纹体的具体方法为：

采用通用程序建模的布尔运算命令，生成裂纹前缘附近的二维模型及其它部分的模型，划分网格时，将二维模型的四条弧线和三条半径方向的直线均分成八段，其它部分的模型中含五条直线，从右下方开始沿逆时针方向依次为：L1、L2、L3、L4、L5，为使裂纹周围的网格较小，直线L1可分成10段，且首段长度为末段的0.2倍，直线L2、L3、L4均分成八段，直线L5分成两段，通过映射划分的方法得到面网格，并沿法线方向拉伸一个厚度的尺寸形成裂纹体。

进一步地，本发明的步骤S2中“钢板-胶层-CFRP”实现节点耦合的具体方法为：

将钢板和胶层的接触面以及胶层和CFRP的接触面之间的网格划分一致，胶层和CFRP的有限元模型均分为裂纹体和非裂纹体，将坐标系沿Z轴正方向移动建立胶层的裂纹体模型，并再将坐标系沿Z轴正方向移动建立CFRP的裂纹体模型，非裂纹体采用自顶向下的建模方法，并进行映射网格划分。

进一步地，本发明的步骤S3中采用位移外推法计算应力强度因子的具体操作步骤如下：

将应变能和体积存储到单元列表中，并选择三组节点位置，设置第一组节点在X和Y方向的位置均为0，第二组和第三组节点位置沿着裂纹方向选取，裂纹处于X轴的负半轴，且该两组节点坐标在X方向均为负；获取三组节点编号，定义路径和路径点，路径点即为上述三组节点位置；用KCALC处理命令后根据位移外推法计算该裂纹的SIF值。

本发明提供一种基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的***，包括：

模型建立单元，用于生成裂纹前缘单元，定义裂纹初始尺寸，形成裂纹体；并根据形成的裂纹体建立非裂纹体的有限元模型；

裂纹处理单元，用于判断有限元模型是否加固，若进行了加固，则在有限元模型上建立胶层和CFRP的有限元模型，并创建宏文件，对裂纹前缘单元进行奇异化处理；若未进行加固，则直接创建宏文件，并对裂纹前缘单元进行奇异化处理；

SIF值求解单元，用于对有限元模型施加载荷约束，并采用位移外推法求解该裂纹长度所对应的SIF值；

结果输出单元，用于判断是否满足裂纹尺寸设定，若满足尺寸设定，则改变裂纹初始尺寸，重复以上单元的处理过程；若不满足尺寸设定，则输出加固和未加固的两组有限元模型的不同尺寸裂纹对应的SIF值。

本发明产生的有益效果是：本发明的基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法，实现了CFRP加固钢结构“钢板-胶层-CFRP”模型的节点耦合，能够比较真实的反映CFRP加固钢结构的工程实际；

并且本方法基于有限元思想，分析裂纹在CFRP覆盖加固下的裂纹尖端SIF值，与未加固情况下的SIF值相比较，评估CFRP加固钢结构的效果；本方法通过数值仿真，具有成本低、实用性强等优点，可与试验方法结合，指导试验，节约成本；

另外，本方法针对不同的模型，只需提供裂纹的长度、深度等尺寸并修改材料属性、受载方式、载荷大小等参数，采用本方法即可快速完成CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性分析的整个过程，具有较好的通用性，耗时短、效率高。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法的流程图；

图2是本发明实施例的基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法的详细步骤流程图；

图3是本发明实施例的基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法的裂纹前缘单元示意图；

图4是本发明实施例的基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法的裂纹体有限元模型示意图；

图5是本发明实施例的基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法的“钢板-胶层-CFRP”有限元模型示意图；

图6是本发明实施例的基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法的CFRP加固不同深度表面裂纹效果评估结果图；

图7是本发明实施例的基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法的CFRP加固I型裂纹不同长度裂纹效果评估结果图；

图8是本发明实施例的基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的***的结构框图；

图中，1-CFRP，2-胶层，3-裂纹层有限元模型，4-非裂纹层有限元模型，801-模型建立单元，802-裂纹处理单元，803-SIF值求解单元，804-结果输出单元。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例的基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、生成裂纹前缘单元，定义裂纹初始尺寸，形成裂纹体；并根据形成的裂纹体建立非裂纹体的有限元模型；

S2、判断有限元模型是否加固，若进行了加固，则在有限元模型上建立胶层和CFRP的有限元模型，“钢板-胶层-CFRP”实现节点耦合并创建宏文件，对裂纹前缘单元进行奇异化处理；若未进行加固，则直接创建宏文件，并对裂纹前缘单元进行奇异化处理；

S3、对有限元模型施加载荷约束，并采用位移外推法求解该裂纹长度所对应的SIF值；

S4、判断是否满足裂纹尺寸设定，若满足尺寸设定，则改变裂纹初始尺寸，重复执行步骤S1-步骤S3；若不满足尺寸设定，则输出加固和未加固的两组有限元模型的不同尺寸裂纹对应的SIF值。

如图2所示，本发明的另一个实施例中，该方法具体包括以下步骤：

第一步：生成裂纹前缘单元；

第二步：定义裂纹初始尺寸，形成裂纹体；

第三步：建立非裂纹体；

第四步：判断有限元模型是否加固，如加固，执行第五步；如不加固，执行第六步；

第五步：建立胶层和CFRP的有限元模型；

第六步：创建宏文件，对裂纹前缘单元进行奇异化处理；

第七步：施加约束进行求解；

第八步：采用位移外推法计算应力强度因子；

第九步：判断是否满足裂纹尺寸设定，如满足，改变裂纹初始尺寸，重复执行第一步～第八步；如不满足，执行第十步；

第十步：输出加固和未加固两组模型不同尺寸裂纹的SIF值，停止运算。

其中，第一步中生成裂纹前缘单元的具体操作步骤如下：

1、将当前坐标系转换为柱坐标系，通过APDL语言CSYS，1实现。

2、确定裂纹前缘单元的角度和数量。由于裂纹前缘处的应力状态比较复杂，必须对裂纹前缘处的单元进行细化处理才能使计算结果更加准确。对三维裂纹扩展模型划分网格时应注意，曲线裂纹沿裂纹前缘的大小取决于局部曲率的数值，为方便建模，每个裂纹前缘单元取11.25°。在模型对称的情况下可只建立1/4有限元模型，裂纹前缘单元数为16个。

3、建立单个裂纹前缘单元的六个节点，为方便确认且不与前面节点编号重复，此处节点编号可取大一点。

4、通过listelements操作查看已有单元的数量为N，确定下一个单元编号为N+1。由上述六个节点生成单个裂纹前缘单元，并复制该裂纹前缘单元，总数为16。

第二步中形成裂纹体的具体操作步骤如下：

采用通用程序建模的布尔运算命令，生成裂纹前缘附近的二维模型a，及裂纹体二维模型除了二维模型a的其它部分b。为了实现节点耦合，划分网格时二维模型a的四条弧线和三条半径方向的直线均需分成八段。二维模型b中含五条直线，从右下方开始沿逆时针方向依次为：L1、L2、L3、L4、L5。为使裂纹周围的网格较小，直线L1可分成10段，且首段长度为末段的0.2倍，直线L2、L3、L4均分成八段，直线L5分成两段。通过映射划分的方法得到面网格，并沿法线方向拉伸一个厚度的尺寸形成裂纹体。

第四步中，建立胶层和CFRP的有限元模型的具体操作步骤如下：

为使钢板、胶层和CFRP之间实现节点耦合，钢板和胶层的接触面、胶层和CFRP的接触面网格划分应一致。胶层和CFRP的有限元模型均分为裂纹体和非裂纹体，坐标系沿Z轴正方向移动t_胶个单位长度，采用上述第二步方法建立胶层的裂纹体模型，坐标系再次沿Z轴正方向移动t_CFRP个单位长度建立CFRP的裂纹体模型。非裂纹体采用自顶向下的建模方法，并进行映射网格划分。

第七步中采用位移外推法计算应力强度因子的具体操作步骤如下：

1、将应变能和体积存储到单元列表中，并选择三组节点位置，由于裂纹尖端设置在原点坐标的位置，因此第一组节点在X和Y方向的位置均为0，第二组和第三组节点位置沿着裂纹方向选取，裂纹处于X轴的负半轴，则该两组节点坐标在X方向均为负。

2、获取三组节点编号，定义路径和路径点，路径点即为上述三组节点位置。

3、用KCALC处理命令后根据位移外推法计算该裂纹的SIF值。

该过程采用裂纹体自底向上和非裂纹体自顶向下相结合的建模方法。对于裂纹体，借助APDL语言进行参数化建模，对控制复杂的计算过程可带来极大的方便。非裂纹体主要用到有限元通用软件前处理实体图形操作命令，通过映射网格划分的方法可实现裂纹体与非裂纹体的节点耦合。

在本发明的另一个实施例中，用CFRP加固表面裂纹的钢结构疲劳裂纹扩展特性。

本实施例属于表面裂纹问题。当裂纹处于钢结构表面时，在载荷的作用下裂纹会向深度方向扩展。本实施例模拟了CFRP加固和未加固两种情况下不同深度裂纹的SIF值，并基于SIF值评估CFRP加固修复钢结构的效果。通常把裂纹延伸到构件厚度一半以上的都视为穿透裂纹，因此裂纹深度最深只需5mm。模型为中心裂纹两端受拉，CFRP覆盖裂纹加固。

采用本发明的方法，由于模型的对称性，只需建立1/4模型。CFRP加固不同深度裂纹的模拟过程主要步骤如下：

1、生成裂纹前缘单元——半圆柱状，由16个单元组成。图3为完整的裂纹前缘单元；

2、定义裂纹长度a＝8mm，裂纹深度t＝1mm。形成裂纹体采用面网格拉伸的方法，在法线方向上拉伸t＝1mm的厚度，该方法集几何模型构建和网格划分于一体，图4为裂纹体的有限元模型；

3、非裂纹体的建立可分为裂纹层和非裂纹层，裂纹层采用自顶向下的建模方法，并进行映射网格划分，非裂纹层运用上述步骤2的方法，拉伸裂纹层的面网格生成体，钢板厚度T＝10mm，则非裂纹层在法线方向拉伸的厚度为9mm；

4、对于加固的有限元模型，执行步骤5；对于不加固的有限元模型，转至步骤6；

5、建立胶层和CFRP的有限元模型，为使“钢板-胶层-CFRP”实现节点耦合，如图5所示，三者均采用三维实体单元，且三者之间在接触面的网格划分完全一致，t_胶＝0.5mm，t_CFRP＝1.4mm；

6、创建宏文件，对裂纹前缘单元进行奇异化处理。裂纹前缘单元经奇异化处理之后，可明显看出其颜色变黑；

7、由于建立的是1/4模型，在左端面上应施加X方向的对称面约束，在下端面上除裂纹位置外应施加Y方向的对称面约束，并限制在Z方向上的全约束，上端面上施加均匀面拉伸载荷100MPa；

8、存储应变能和体积在单元列表中，第一组节点在X和Y方向的位置为0，第二组节点位置在X方向从-0.3～-0.4，第三组节点位置在X方向从-0.5～-0.6。获取三组节点编号，定义路径和路径点，路径点与上述三组节点位置相对应。最后用KCALC后处理命令计算该裂纹深度下的SIF值。

9、改变裂纹深度，t＝t+1mm，重复步骤1～8，直到t＝5mm时停止运算。

如图6所示，是CFRP加固不同深度裂纹的钢结构SIF值。计算结果表明，随着裂纹深度的增加，SIF值变大，且加固后的SIF值明显小于未加固的情况。裂纹越浅，加固效果越明显，如t/T＝0.1时，SIF减小量大于50％，而t/T＝0.5时，SIF减小量约为40％。计算结果显示，对于表面裂纹的加固均有明显的效果，加固后SIF值明显减小。本发明可与试验方法相结合，指导试验，在试验中可得到疲劳裂纹扩展速率曲线，根据该曲线反推Paris公式中的参数c和m，再利用Paris公式计算得到仿真的疲劳裂纹扩展速率曲线，将仿真结果与试验结果对比，可验证试验的正确性。

在本发明的另一个实施例中，用CFRP加固I型裂纹的钢结构疲劳裂纹扩展特性。

前一个实施例模拟的是表面裂纹在深度方向的扩展特性，而在实际情况下，裂纹也会朝着长度方向扩展。通常把裂纹延伸到构件厚度一半以上的都视为穿透裂纹，即使是表面裂纹，也可根据等K变换将表面裂纹换算成某深度的穿透裂纹，穿透裂纹中的I型裂纹在实际应用中最普遍，对该类裂纹扩展的研究是安全系数较高的一种方法。本实施例构建I型裂纹的有限元模型，模拟不同长度裂纹的扩展特性。模型为中心裂纹两端受拉，CFRP覆盖裂纹加固。

采用本发明的方法，由于模型的对称性，只需建立1/4模型。CFRP加固不同长度裂纹的模拟过程主要步骤如下：

1、生成裂纹前缘单元，单个裂纹前缘单元的角度仍设置为11.25°，在对称模型下的裂纹前缘单元总数为16，通过复制单元操作完成；

2、定义裂纹初始长度a＝10mm，拉伸面网格生成裂纹体，裂纹体在法线方向的拉伸厚度T＝10mm；

3、I型裂纹有限元模型的非裂纹体相对简单，所有非裂纹体均处于裂纹层，采用自顶向下的方法建立有限元模型，控制非裂纹体直线的尺寸实现与裂纹体的节点耦合；

4、对于加固的有限元模型，执行步骤5；对于不加固的有限元模型，转至步骤6；

5、坐标系沿Z轴正方向移动t_胶＝0.5mm个单位长度，使坐标原点处于钢板与胶层的接触面上，运用步骤2和步骤3的方法建立胶层的有限元模型。坐标系再沿Z轴正方向移动t_CFRP＝1.4mm个单位长度建立CFRP的有限元模型；

6、创建宏文件，对裂纹前缘单元进行奇异化处理；

7、分别在左端面和下端面施加X和Y方向的对称面约束，在Y方向的对称面约束位于下端面除裂纹的其它部位，限制Z方向的全约束，在上端面施加100MPa的拉伸载荷进行求解；

8、采用位移外推法求解不同裂纹长度应力强度因子，与上例所述方法一致；

9、改变裂纹长度，a＝a+10mm，重复步骤1～8，直到a＝60mm时停止运算。

如图7所示，是本实施例的计算结果。与前一个实施例相比，穿透裂纹的SIF值明显比表面裂纹大，随着裂纹长度的增加，SIF值变大，裂纹扩展规律合理。对于不同长度的裂纹，CFRP加固后的SIF值均有所减小。本实施例可指导试验，验证其正确性，大大降低了成本。

前面两个实施例，代表了两种不同类型的三维裂纹扩展问题，表面裂纹和I型裂纹是存在最广泛研究最多的两类裂纹，对该两类裂纹疲劳裂纹扩展特性的仿真具有很大的实用性，可指导试验的开展。对于该两类裂纹，在整个有限元模型的建立过程中，运用的方法及APDL语言基本相同，仅需做局部的改动。CFRP加固钢结构的有限元模型仅需在未加固的模型上建立胶层和CFRP的有限元模型，胶层和CFRP有限元模型的建立与钢板的方法相同，所采用的APDL语言通用性强，可应用在不同的有限元模型。

本发明基于有限元思想提出了一种根据SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的通用仿真技术，该技术将作为试验指导的一种有力工具。

如图8所示，本发明实施例的基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的***用于实现本发明实施例的基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法，包括：

模型建立单元801，用于生成裂纹前缘单元，定义裂纹初始尺寸，形成裂纹体；并根据形成的裂纹体建立非裂纹体的有限元模型；

裂纹处理单元802，用于判断有限元模型是否加固，若进行了加固，则在有限元模型上建立胶层和CFRP的有限元模型，并创建宏文件，对裂纹前缘单元进行奇异化处理；若未进行加固，则直接创建宏文件，并对裂纹前缘单元进行奇异化处理；

SIF值求解单元803，用于对有限元模型施加载荷约束，并采用位移外推法求解该裂纹长度所对应的SIF值；

结果输出单元804，用于判断是否满足裂纹尺寸设定，若满足尺寸设定，则改变裂纹初始尺寸，重复以上单元的处理过程；若不满足尺寸设定，则输出加固和未加固的两组有限元模型的不同尺寸裂纹对应的SIF值。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、生成裂纹前缘单元，定义裂纹初始尺寸，形成裂纹体；并根据形成的裂纹体建立非裂纹体的有限元模型；

S2、判断有限元模型是否加固，若进行了加固，则在有限元模型上建立胶层和CFRP的有限元模型，“钢板-胶层-CFRP”实现节点耦合并创建宏文件，对裂纹前缘单元进行奇异化处理；若未进行加固，则直接创建宏文件，并对裂纹前缘单元进行奇异化处理；

S3、对有限元模型施加载荷约束，并采用位移外推法求解该裂纹长度所对应的SIF值；

S4、判断是否满足裂纹尺寸设定，若满足尺寸设定，则改变裂纹初始尺寸，重复执行步骤S1-S3；若不满足尺寸设定，则输出加固和未加固的两组有限元模型的不同尺寸裂纹对应的SIF值。

2.根据权利要求1所述的基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法，其特征在于，步骤S1中生成裂纹前缘单元的具体方法为：

将当前坐标系转换为柱坐标系，确定裂纹前缘单元的角度和数量，对每个裂纹前缘单元建立多个节点，并对节点进行编号，根据建立的多个节点生成单个裂纹前缘单元。

3.根据权利要求2所述的基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法，其特征在于，步骤S1中裂纹前缘单元的角度为11.25°，数量为16个。

4.根据权利要求1所述的基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法，其特征在于，步骤S1中形成裂纹体的具体方法为：

采用通用程序建模的布尔运算命令，生成裂纹前缘附近的二维模型及其它部分的模型，划分网格时，将二维模型的四条弧线和三条半径方向的直线均分成八段，其它部分的模型中含五条直线，从右下方开始沿逆时针方向依次为：L1、L2、L3、L4、L5，为使裂纹周围的网格较小，直线L1可分成10段，且首段长度为末段的0.2倍，直线L2、L3、L4均分成八段，直线L5分成两段，通过映射划分的方法得到面网格，并沿法线方向拉伸一个厚度的尺寸形成裂纹体。

5.根据权利要求1所述的基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法，其特征在于，步骤S2中“钢板-胶层-CFRP”实现节点耦合的具体方法为：

将钢板和胶层的接触面以及胶层和CFRP的接触面之间的网格划分一致，胶层和CFRP的有限元模型均分为裂纹体和非裂纹体，将坐标系沿Z轴正方向移动建立胶层的裂纹体模型，并再将坐标系沿Z轴正方向移动建立CFRP的裂纹体模型，非裂纹体采用自顶向下的建模方法，并进行映射网格划分。

6.根据权利要求1所述的基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的方法，其特征在于，步骤S3中采用位移外推法计算应力强度因子的具体操作步骤如下：

将应变能和体积存储到单元列表中，并选择三组节点位置，设置第一组节点在X和Y方向的位置均为0，第二组和第三组节点位置沿着裂纹方向选取，裂纹处于X轴的负半轴，且该两组节点坐标在X方向均为负；获取三组节点编号，定义路径和路径点，路径点即为上述三组节点位置；用KCALC处理命令后根据位移外推法计算该裂纹的SIF值。

7.一种基于SIF值评估CFRP加固钢结构疲劳裂纹扩展特性的***，其特征在于，包括：

模型建立单元，用于生成裂纹前缘单元，定义裂纹初始尺寸，形成裂纹体；并根据形成的裂纹体建立非裂纹体的有限元模型；

裂纹处理单元，用于判断有限元模型是否加固，若进行了加固，则在有限元模型上建立胶层和CFRP的有限元模型，并创建宏文件，对裂纹前缘单元进行奇异化处理；若未进行加固，则直接创建宏文件，并对裂纹前缘单元进行奇异化处理；

SIF值求解单元，用于对有限元模型施加载荷约束，并采用位移外推法求解该裂纹长度所对应的SIF值；

结果输出单元，用于判断是否满足裂纹尺寸设定，若满足尺寸设定，则改变裂纹初始尺寸，重复以上单元的处理过程；若不满足尺寸设定，则输出加固和未加固的两组有限元模型的不同尺寸裂纹对应的SIF值。