材料失效
關注創建者：USim 創建時間：2019-05-07
材料失效的視頻教程
LS-DYNA自適應SPH-FEM方法模擬侵徹粒子飛散及材料失效和損傷
采用自適應SPH-FEM方法模擬材料失效和SPH粒子飛散，該自適應方法在1區SCI期刊文章《The modelling of rock breakage process by TBM rolling cutters using 3D FEM-SPH coupled method》被應用，該方法可以不必考慮FEM-SPH耦合接觸的問題，應力和損傷傳遞更加連續，并且可以定義FEM的材料失效。
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ABAQUS材料斷裂與失效系列 之 材料失效與侵蝕
本專題分兩個部分進行講解： 第一部分為相關理論和技巧的介紹，以及應用的一些場景介紹； 第二部分為案例演示，包括殼體模型的失效、實體模型的侵切和采用umeshmotion模擬材料融化的過程。 案例1：為0.5噸重物以20m/s速度沖擊雙管殼柱模型的仿真模型，其中左邊模型中的材料未考慮損傷演化；右側為考慮損傷演化的情況，出現了材料的失效和剝離。
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顯式求解材料本構/失效與材料數據庫(Altair Radioss?) 網絡研討會
內容大綱： 1.金屬/超彈性/塑料材料模型（包括試驗數據處理） 2.材料失效模型 3.Altair材料庫
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材料失效的實例教程
內容來自《材料力學》《復合材料力學》
一、 各向同性材料
1. 最大正應力理論
認為材料進入失效狀態的標志是最大正應力大于極限應力。
、
是材料單向拉伸，壓縮下的極限應力值。
2.最大剪應力理論
認為材料失效的原因是最大剪應力達到極限值。
3. 最大線應變理論
認為材料失效是因為最大的線應變達到最大值。
4. 最大歪形能理論
認為材料失效的原因是材料的最大歪性能大于極限值。
是材料單向拉伸的極限應力
二、正交各向異性單層復合材料
1. 最大應力理論
認為材料主方向應力應該小于各自對應強度，否則材料失效。
2.最大應變理論
和最大應力理論類似，但認為應變是材料是失效的原因。
展開 材料按其性能與用途，一般分為結構材料和功能材料。結構材料是以力學性能為主要特征；功能材料是以物理、化學等性能為主要特征。二者性能的不同是由微觀結構和元素屬性所決定。
材料的失效行為主要取決于微觀結構和宏觀形態的變化。確定不同材料的失效模式、失效機理、失效缺陷與失效起因的相互關系，是失效分析學科的核心內容。
失效含義：
1，國標GB3187-82《可靠性基本名詞術語及定義》定義的失效 ：“產品喪失規定的功能，對可修復產品通常稱為故障。”
2，《材料大辭典》定義的失效，又稱復合材料的破壞，指復合材料在經過某些物理、化學過程后（如載荷作用、材料老化、溫度和濕度變化等）發生了尺寸、形狀、性能的變化而喪失了規定的功能。
3，《美國金屬學會手冊》定義的按照 《ASM Handbook 》的定義，服役的任何構件出現以下三種狀態之一時即為失效：
（1）完全不能修復時；
（2）仍可以使用，但不能滿意地達到規定的功能時；
（3）受到嚴重損傷而不能繼續安全可靠地使用時。
由此可見，除《材料大辭典》直接定義為材料失效以外，其余的定義指產品或者構件的功能降低或者受損等；某些功能受損而失效，如油井的通徑無法滿足鉆頭通過而導致的失效是與材料自身無關的。
展開 復合材料失效模擬是一個復雜的過程，需要仔細設置和考慮多個參數。
1.設置復合鋪層：
在模型中定義復合材料的鋪層結構，包括纖維方向、層數、厚度和材料類型等參數。可以使用ABAQUS CAE中的“Composite Layup”功能來設置復合鋪層。
2.定義材料特性：
為纖維增強復合材料定義材料特性，包括纖維和基體的力學性質（如彈性模量、剪切模量、屈服強度等）、失效準則和失效模型等。
3.分配載荷和邊界條件：
根據實際情況在模型中分配載荷和邊界條件。這些載荷和邊界條件可以包括約束、力、壓力或其他外部加載。
4.復合失效模擬過程中單元未被刪除的可能原因：
在復合材料失效模擬中，有時會發現一些單元未被刪除。這可能是由于網格劃分不合理或網格質量不好導致的。建議檢查網格質量并進行調整，確保合理的網格劃分。
5.后處理復合材料變形和失效結果：
完成失效模擬后，需要進行后處理以查看復合材料的變形和失效結果。可以使用ABAQUS CAE提供的后處理功能來可視化和分析模擬結果，例如查看復合材料的應力、應變分布、損傷演化和失效模式等。
以下是詳細的步驟和注意事項：
1.設置復合鋪層：
a. 在ABAQUS CAE中創建復合材料模型，并選擇適當的單元類型（例如，SHELL181用于復合板）。
b. 使用"Part"工具創建復合鋪層的幾何形狀，設置纖維的方向和層數。
c. 定義每層中纖維和基體的材料性質，可以使用各向異性彈性參數定義纖維方向的彈性模量和剪切模量。
2.定義材料特性：
a. 選擇適當的失效準則和失效模型，這取決于您希望模擬的復合材料失效行為。
b. 定義纖維和基體的彈性性質、破壞準則和屈服準則。
c.
展開 材料失穩
塑性變形可分為兩個階段，在工程應力達到抗拉強度之前為均勻塑性變形，超過抗拉強度后出現頸縮現象（材料失穩），發生局部集中塑性變形。
對于常規的有限元算法，真實應力應變曲線出現下降段（材料失穩）以后，隱式算法往往表現出結果分叉，不收斂的情況，顯式算法則表現出強烈的網格依賴性。
材料失效與應力三軸度
對現有金屬材料研究發現，失效應變受應力狀態影響，材料所受應力狀態不同時，材料內產生的塑性變形與應力集中程度將不同，材料失效應變也會發生變化。
下圖為某鋁合金材料失效塑性應變與應力三軸度的曲線。
累積損傷算法
現有的結構損傷分析中，大多數采用線性累積損傷算法（如JC失效模型），不能準確反映實際的非線性累積損傷過程。非線性累積損傷模型相比線性累積損傷模型更能準確反映出實際的非線性累積損傷過程，而線性累積損傷模型偏保守。
不同失效準則和不同累積損傷算法的仿真差別
GISSMO失效模型
單元尺寸對失效應變的影響
由于材料失穩后的應變帶有強烈的網格依賴性，而損傷及失效應變均和材料失穩后的應變相關，為了消除單元尺寸對失效應變的影響，GISSMO本構中引入了單元尺寸和失效應變歸一化因子LCREGD。
實例驗證
以簡單的單軸拉伸試驗為例：
損傷閥值DCRIT設定為0.5時計算結果如下：
材料失穩后中間單元先失效，符合單軸拉伸試驗規律。
展開 有些材料類型中有關于失效準則的定義，但是也有些材料類型沒有失效準則的材料類型，這時需要額外的失效準則定義，與材料參數一塊定義材料特性。需要用到*mat_add_erosion關鍵字，對于這個關鍵字有幾個需要注意的地方。
1、材料的通用性破壞準則：`
材料通常為拉破壞或者剪切破壞，靜水壓是以壓為正，拉為負，所以靜水壓破壞就是給出最小的承受壓力，當然需要小于0（即拉力），如果靜水壓小于該值，則材料破壞。相反，應力則是以壓為負，拉為正，故最大主應力或最大等效應力或最大剪應力破壞等等都是給出最大的應力極限，當然大于0，如果拉應力大于該值，則材料破壞，無論是*MAT_ADD_EROSION，還是材料內部自帶的破壞準則還是其他軟件，都遵循以上準則。
注意：屈服不是失效。
2、單元失效模擬的功能與目的
單元刪除功能是為了克服有限元本身的缺陷而提出的一項方法，由于有限元本身是基于連續介質力學的，而在連續介質力學中，所研究的物體需要是連續的，既物質域在空間中連續。在這樣的理論假設框架下，單元本身是不會消失的。然而在實際情況下，由于損傷斷裂的存在，勢必會使得一些單元消失或者完全的失效，所以為了能夠模擬這種情況，DYNA 提供了單元失效功能。
破壞、失效、斷裂，都是工程性的概念，它表示在達到某一準則后，結構、構件、或者構件中的某一部分，從結構中退出工作，不再影響整體結構的受力。而從有限元概念上說，對上述機制的模擬，基本手段都是一樣的，就是當滿足某一指標（比如某個應變大小）后，將一個單元或者一個積分點的質量、剛度和應力、應變都設為零（或者非常接近與零），這樣它在整體結構計算中就不再發揮作用，進而實現了退出工作機制的模擬。
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基于UMAT的蠕變變形仿真16天前
仿真方法
目前對于金屬的力學行為研究，越來越多的學者從微觀尺度入手，像晶體塑性力學等就是典型代表，滑移、位錯等理論也成為研究材料失效或者性能下降的重要工具。
相比于宏觀唯象模型，這類微觀模型當然更具有物理意義，也更先進，能解釋很多現象。但是當下的研究生培養方式，使得很多學生進入一個領域后，過早的集中在某個點的研究，而未形成對該領域有效的、可靠的認知。
、密封失效、結構松動等復合故障；
定制化測試方案：針對消費級、工業級、醫療級智能眼鏡的不同需求，定制差異化溫濕度測試曲線，兼顧測試效率與場景真實性。
2019年之后一直在相關CAE咨詢公司從事LS-DYNA軟件的技術支持及咨詢項目服務工作，熟練使用LS-DYNA顯式分析，隱式分析，DEM, SPG, MPP及用戶自定義等功能，幫忙解決客戶日常的技術問題，并同時在GISSMO材料失效，大型結構件極限破壞，屈曲分析，光伏面板失效，沖壓成型，家電連續跌落，頭碰顯示屏等應用上具有一定的項目經驗。
Vanta Element-S：升級版配置，通過優化硬件增強了對輕元素（Mg, Al, Si, P, S）的探測能力，使其能夠更準確地分析鋁合金和精密不銹鋼成分，防止因雜質元素超標導致的材料失效。
Vanta Max/Core系列：科研與勘探的精密利器
這一層級代表了手持式XRF的頂尖性能，適用于地質勘探、環境監測和學術研究。
3.應變張量
與應力張量方向類似，其中需要同學們注意的是：
E適用于幾何線性分析
LE為對數應變，適用于大變形分析（開啟幾何非線性）
PE為塑性應變張量，用于描述不可恢復的變形
三、損傷相關
損傷在ABAQUS中應用廣泛，尤其是材料失效分析中。
1.
復合式測試更貼近真實場景，三綜合試驗箱將振動、溫濕度、沖擊合一，模擬騎行暴曬、戶外低溫沖擊等復雜工況，提前發現材料老化、密封失效等問題，為產品提供權威認證。
光學與AI交互測試同樣關鍵。光學測試通過Taber耐磨試驗保障鏡片耐用性，AI交互測試則驗證無網環境下語音識別、實時翻譯等功能穩定性，讓“隨身AI助理”體驗落地。
這里先回顧下最常用的四大強度理論：（假設材料的許用應力是最易查到標準拉伸屈服強度或抗拉強度）
第一強度理論：最大拉應力強度理論，即當結構件的最大拉應力大于材料測試的拉應力限值時就判斷的結構會失效。適用材料：脆性材料（如鑄鐵等）。只提取仿真結果的第一主應力與材料應力標準值進行比較。
? 材料與失效，精準復刻現實：內置 300 + 材料本構與失效準則組合，覆蓋金屬、復合材料、泡沫、橡膠、混凝土、生物材料等全品類；集成 XFEM 擴展有限元、非局部損傷、復合材料分層追蹤等模型，精準模擬金屬撕裂、玻璃破碎、電池熱失控、裝甲侵徹等復雜失效行為，為結構安全評估提供數據級支撐。
