剪切損傷
關注創建者：巖土菜鳥 創建時間：2019-03-20
剪切損傷的視頻教程
ABAQUS：TNT在鋼管內部爆炸，考慮應變率
采用abaqus軟件CEL方法模擬TNT在鋼管內部爆炸，鋼材在material中采用柔性與剪切損傷并添加應變率來考慮在極端大變形狀態下材料的損傷與破壞
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abaqus高速彈丸沖擊鋼板（sph法）
延性和剪切損傷是根據能量準則演變而來的。剛性彈丸與實心板之間的相互作用是通過摩擦系數為0.3的摩擦接觸來定義的。 應力傳播至周圍鋼板 應力未傳播至周圍鋼板
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剪切損傷的實例教程
Abaqus中韌性金屬失效分析需要定義c點的損傷初始化準則，以及cd段的損傷演化（損傷后材料剛度退化路徑）。材料軟化后可持續承載，直到達到d點，材料失效，失去承載能力。
圖1-韌性金屬的全載荷區間應力-應變曲線
圖2-韌性金屬的損傷準則
ABAQUS為韌性金屬提供不同的損傷初始化準則，大致分為兩種類型：
金屬裂紋的損傷初始化準則，包括韌性準則（ductile damage、Johnson-Cook damage）和剪切準則（shear damage）。也就是圖2中紅框內的三個準則，它們都屬于金屬承載后產生裂紋的準則。
金屬板的徑縮不穩定損傷初始化準則，包括幾種成形極限圖，用于評估鈑金件的可成形性。也就是紅框外的幾個準則，不在本文討論范圍。
圖3-漸進損傷失效分類【摘自Abaqus材料本構模型導圖，完整版鏈接】
····································常見問題解答····································
······Q1: 韌性準則和剪切準則有何不同？
······A1: 韌性金屬開裂有兩種主要機理，基于唯象觀察，仿真模擬這兩種機理時用到不同的損傷起始準則（hooputra2004）：
機理1，由于內部（微裂紋）的成核、生長和孔隙的聚集產生的韌性斷裂，這種情況下ductile damage、Johnson-Cook damage兩種韌性準則是適用的，常見于拉伸工況。
圖4-機理1韌性斷裂
機理2，由于剪力帶局部化產生的剪切斷裂，這時shear damage比較適合，常見于剪切工況。
展開 求一組剪切損傷參數
自1978年Gurson模型被提出以來，GTN模型進過了多次演化，根據這些演化的重要性大致可以分為三個階段：1、20世紀80年代Tvergaard及Needleman等人對塑性勢函數的修正并引入孔洞形核及聚合機制；2、Xue和Nahshon, Hutchinson于2008年為GTN模型引入剪切損傷預測機制，增強了模型在低應力三軸度下的成形極限響應精度；3、Zhou和Malcher于2014進一步修正了GTN模型的塑性勢函數，將傳統的連續介質損傷模型與GTN模型耦合為GTN模型在負應力三軸度下的損傷預測提供了一種新的方案。此外仍有一些重大的改進，例如Gologanu基于GTN模型提出的孔洞三維形狀預測、Thomason孔洞聚合模型與GTN模型的耦合、為GTN模型耦合動態再結晶（DRX）進而揭示高溫下孔洞的形核及聚合機制等，這些改進大大的推進了基礎科學的研究進程。然而對于工程塑性加工鄰域，例如軋制、旋壓、鍛造等負應力三軸度下的成形工藝，GTN模型仍舊具備一定局限性。為此本文在Zhou的模型的基礎上對模型在負應力三軸度下的損傷預測機制做出了進一步修正。
在Zhou的模型中，GTN模型的塑性勢函數為：
上式中、和分別為Mises等效應力、流動應力和靜水應力，和為有效孔洞體積分數和連續介質剪切損傷演化因子，和為材料常數。Zhou的模型分離了孔洞演化及剪切損傷的預測模式，在中高應力三軸度下，模型將近似收斂為原始的GTN模型，此時體積損傷占主導地位，相關演化方程為
在低、負應力三軸度下剪切損傷占主導地位，相關演化方程為
由于這種模型分離了體積損傷和剪切損傷，因此總損傷被定義，當總損傷值達到1時及判定材料失效。
展開 使用COMSOL5.5建立脆性材料壓縮摩擦剪切破壞的損傷模型，使用非局部本構模型，包含源程序和論文（非本人所做，僅收取資料查找費）
單軸壓縮實驗
論文截圖
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再次，裂紋最先出現在沖頭刃口附近的對稱面區域，隨后沿著損傷最大的路徑向自由面擴展，這與實驗觀察到的撕裂形貌是吻合的。
作者的初始數值模型：
SEM實驗的斷口特征：
數值框架實現流程圖：
考慮梯度效應的影響效果:
結果表明，引入應變梯度效應后，局部應力水平明顯提高，材料在剪切區內的損傷演化也明顯加快。也就是說，尺寸效應并不只是讓材料“更強”，而是會改變局部變形與失效方式，使超薄板更容易在狹窄剪切帶內發生撕裂。這一點非常關鍵，因為它說明：超薄板沖裁中的斷裂機理，并不是傳統厚板沖裁機理的簡單縮小版，而是一種隨著尺度下降而發生機制轉變的新問題。
推薦這個文章主要有三點原因：第一，在研究超薄板、微成形和微沖裁問題時，不能再機械套用傳統GTN模型，必須重視剪切主導損傷機制。第二，尺寸效應不是附加修正項，而是決定局部應力、損傷演化和裂紋萌生位置的重要因素。第三，從建模角度看，將剪切損傷模型與應變梯度塑性耦合，是理解微尺度金屬斷裂行為的一條很有前景的路線。對于后續開展超薄板塑性成形、切邊質量控制以及微尺度損傷本構建模，這篇文章都提供了很有價值的思路.
不過值得指出的是文中引入 cohesive 單元主要用于裂紋路徑的可視化表達，而其插入區域和參數設置并未像 GTN 參數那樣得到充分展開，因此這一部分更適合作為輔助性的裂紋表征手段，而非全文最核心的機理貢獻。
使用作者提出的完整積分框架，并基于顯式vumat實現，同時使用基于損傷變量的單元刪除方案同時引入ALE自適應網格方案可以更好的預測梯度效應。
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推薦這個文章主要有三點原因：第一，在研究超薄板、微成形和微沖裁問題時，不能再機械套用傳統GTN模型，必須重視剪切主導損傷機制。第二，尺寸效應不是附加修正項，而是決定局部應力、損傷演化和裂紋萌生位置的重要因素。第三，從建模角度看，將剪切損傷模型與應變梯度塑性耦合，是理解微尺度金屬斷裂行為的一條很有前景的路線。
通用的非局部GTN模型模型8個月前
感興趣的可以繼續在此基礎上進行擴展分析，如在當前模型中引入各向異性屈服，梯度效應，剪切損傷之類。這里顯示按照作者思路編寫代碼的實現效果。
ABAQUS提供的材料損傷和失效模型如下：
Shear、Ductile、JC Damage: 用于模擬金屬材料剪切和延性損傷；
FLD、FLSD、M-K、MSFLD Damage: 用于模擬金屬薄壁件的縮頸破壞；
Quade、Quads、Maxs、Maxe、Maxps、Maxpe Damage: 用于界面單元模擬的損傷破壞；
Hashin Damage: 用于纖維增強復合材料的損傷模擬
然而由于原始gurson模型在低應力三軸度下預測的孔洞形核和孔洞生長非常小，同時模型假設為球型孔洞，在低應力三軸度下，孔洞通常呈現非球形，因此在剪切為主的損傷問題中，GTN模型的應用存在適用性問題，Pardoen and Hutchinson針對空隙形狀發展了考慮孔洞形狀極其影響機制的擴展GTN模型，Nahshon and Hutchinson提出的考慮剪切效應的擴展GTN模型，這里主要說明第二類擴展
稱Ds為剪切損傷因子，認為塑性應變的累計造成的剪切性能退化。
此外，還同時使用了韌性和剪切起始準則（ductile and shear initiation criteria）：韌性準則以損傷起始時的塑性應變作為應力三軸度（stress triaxiality）的表格函數進行定義；剪切準則以損傷起始時的塑性應變作為剪切應力比（shear stress ratio）的表格函數進行定義。
簡化后的仿真模型
網格劃分
材料屬性設置塑性（Johnson-Cook）、熱傳導率、剪切損傷、比熱等材料行為。
二、使用「仿真應用」進行仿真求解
將前處理過程的設置生成為inp文件后，使用神工坊高性能仿真平臺「仿真應用」進行計算，后將inp文件提交至計算資源中。
Zhou的模型分離了孔洞演化及剪切損傷的預測模式，在中高應力三軸度下，模型將近似收斂為原始的GTN模型，此時體積損傷占主導地位，相關演化方程為
在低、負應力三軸度下剪切損傷占主導地位，相關演化方程為
由于這種模型分離了體積損傷和剪切損傷，因此總損傷被定義，當總損傷值達到1時及判定材料失效。
Ds是剪切引起的損傷，作者把原始的體積分數等效為損傷系數，該損傷系數由孔洞損傷和剪切損傷兩部分組成，孔洞損傷部分遵循原始的GTN模型，Ds損傷表示為
可以看到該模型的適用性極好，且更加符合剪切損傷的特征，下圖是該模型預測純壓縮狀態下金屬的損傷
以上是GTN模型以及其剪切修正模型對應的介紹
下圖展示abaqus內置的GTN模型與編寫的GTN模型以及NH修正模型，zhou
請問各位大佬，我在做碳化硅二維切削，想知道剪切損傷里面的斷裂應變該如何設置，許多論文里面的沒有提到。 求大佬指導
