Please complete your answers on the assessment cover page document available on Moodle.

Clearly label your question numbers (there is no need to copy the full question over). Include all working out.

Introduction:

You are to use the ANSYS MECHANICAL software program to answer all the questions in this assessment. This software is available on EIT’s Remote Labs. All students completing this unit have been provided with access to this software.

While completing this assessment, you are required to provide screen shots at various stages of the ANSYS MECHANICAL model to demonstrate your proficiency with using the software and the attainment of the required level of knowledge for this assessment.

You are also required to submit your ANSYS MECHANICAL model files produced from the simulations as a part of this assessment.

Task 1:  (90 marks)

Problem statement:

In this practical assessment, you have to develop a geometry, generate mesh and a model of a plate with an edge crack of the following dimensions and static fracture analysis of the edge cracked plate with pre meshed crack and smart crack growth fracture tools using Ansys workbench.

1. Geometry dimension: The dimensions of the plate are Length = 20 cm, Width=10 cm, thickness=0.5 cm, the total crack length= 2 cm, distance from crack tip to one side of the crack face =0.1 cm, distance between the two sides of the crack faces is 0.2 cm.

2. Generate Mesh

   Body mesh: Apply Method- Choose Tetrahedron. Crack tip mesh: Choose sizing- Sphere of influence

3. Boundary Conditions: one face parallel to the crack is “Fixed support”

MME501A_Assessment3_PaperA_v1

Opposite face: Apply “Pressure” or “Deformation”

Post Processing Results

1. Show the equivalent stress (Von mises stress)
2. Show the total deformation
3. Show the mode 1 Stress Intensity Factor SIFS (KI)

Requirements:

1. Generate the “Geometry” of the cracked plate and show the screen shot of each step.

(15 marks)

1. Set up the “Model” of the cracked plate and
   1. Show the screen shots of mesh generation                                                                                (15 marks)
   2. Select the “pre-meshed crack” and “smart crack growth” fracture tools and show the screen shots of every step.                                                                                                                                                                                        (15 marks)
   3. Show the screenshots of all the boundary conditions.                                                        (10 marks)
   4. Post Processing of the results
      • Provide the screenshots and explain the solution of the stress intensity factor SIFS (KI) at the tip of the crack.                                                                                                                                                                                 (5 marks)
      • Provide the screenshots and explain the equivalent stress contours at the tip of the crack.                                                                                                                                                                                 (5 marks)
      • Provide the screenshots and explain the total deformation concours at the tip of the crack.                                                                                                                                                                                 (5 marks)
2. Upload all the executable files to your EIT OneDrive account and provide the link.

(10 marks)

1. Analyse the fracture of the plate based on the results of the simulation. Compare the SIFS value with the material fracture toughness and comment on the crack growth.                                                                                                                                                                                                    (10 marks)

PDF and Edge Cracked Plate Model Submission Process

• There is no word limit for the report. However, your answer should be specific. See the marks distribution and put emphasis accordingly.
• The submitted report must contain all the requirements above.
• The PDF report must be uploaded to the Moodle.
• You must submit all the executable files in the One Drive provided by EIT.
• Provide the link to the files on OneDrive in your submitted PDF file.

Detail steps of using Ansys Mechanical

1. Open Ansys Mechanical workbench. Click to “Static Structural”
2. Choose the default material which “Structural Steel”
3. Develop the geometry- click on X-Y plane, change the unit to cm.
4. Sketch a rectangle and insert the above dimensions.
5. Create a crack of the above dimensions-trim the left side.
6. Choose Extrude- Select selection vector- Choose “Both symmetry”
7. Insert exclude depth 0.5 cm to create a 1 cm thick plate.
8. Click on the crack top- right click and select name selection.
9. Name the selection Crack_Top and click “Generate”
10. Click on the crack bottom in the geometry, right click and select name selection.
11. Name the selection Crack_Bottom and click “Generate”
12. Select edge and click on the crack tip edge, right click-name selection and select the name to

Crack_Tip and “Generate”.

1. Close the window. Click on the “Model” to develop the model.
2. Develop “Mesh”
3. Click ‘yes’ on “Capture curvature”
4. Mesh—sizing—Click on the crack tip edge and “Apply”
5. Choose “Sphere of influence” for the Type.
6. Choose “Sphere Center” as the local coordinate system.
7. To choose the coordinate system, click on the insert “Coordinate system”
8. Choose “Sphere size” and “Element size”.
9. Click on the “Crack Tip” edge and Apply.
10. Click on the “Edge Sizing” and choose 10mm for sphere size, element size 2mm.

MME501A_Assessment3_PaperA_v1

1. For Body mesh, Right click on Mesh--- choose Method- Click on the Body and choose

“Tetrahedrons”.

1. Click “Generate Mesh”.
2. Click on the symmetry region---choose the front two faces and Apply symmetry.
3. Go to Fracture---choose “Pre-meshed Crack”
4. For “Pre meshed Crack” we need to convert all the name selections to “Create Nodal Name Selection” and give them different names such as crack tip-CF, Crack top-CT and Crack Bottom-CB
5. Go to details of “Pre-meshed Crack”. Choose Crack Front CF, Crack Faces nodes-On, Top Face Nodes-CT, Bottom Face nodes- CB
6. Click on the coordinate system and choose “selection contours” 8
7. Choose “Fracture tool” “smart crack growth”.
8. Choose initial Crack “Pre-meshed Crack” and Crack Growth option to “Static”
9. Choose Failure Criteria Option: Stress Intensity Factor
10. Choose “Critical Rate” and use the stress intensity factor of the material.
11. Insert the Boundary Condition. Choose one face as fixed support and opposite face

“Pressure” and put a pressure value to apply the tensile load.

1. Click on the Analysis Settings. Click the “Auto Time Stepping” “Off”.
2. Choose “number of sub steps” 40
3. Click on the fracture control-On, click Fracture -on, SIFS- YES, Turn J integral and other parameter off.
4. From solution choose total displacement, equivalent stress (Von Mises) and SIFS (KI).
5. Right Click on the “Static Structural” and click on “Solve”.

Task

Select any one of the questions above. Create and submit a Loom video with webcam ON (showing your face) and screen capture showing how you use Ansys Mechanical software to complete the tasks. The video length should NOT be more than 5 minutes. So, practice well before recording.

Important: This video is one of the mandatory requirements and if you don’t submit this video,

your assessment marks will be zero.

• The guidelines on how to create a Loom video: https://www.loom.com/share/159e007948ce4cb8acfee8a99615f388
• The requirements are as follows:
• Select any one of the above questions in this assessment.
• Create a Loom Video: (a) Introduce yourself (b) Demonstrate how you use Ansys Mechanical software and also explain (speak) the solution/simulation while you are running it.
• Paste the link of your recording within your assessment report.

END OF ASSESSMENT

MME501A_Assessment3_PaperA_v1