斷裂破壞
關注創(chuàng)建者：CAE追夢者 創(chuàng)建時間：2019-11-21
斷裂破壞的實例教程
本文簡單介紹使用Abaqus計算帶有漸進損傷破壞參數(shù)的韌性金屬模型，圖 1為典型材料漸進損傷曲線，其中A點為漸進損傷起始點，AB段為材料損傷過程，點B為材料完全失效點。
圖 2為Abaqus漸進損傷破壞相關參數(shù)，F(xiàn)racture strain為破壞應變、stress triaxiality為應力三軸度、strain rate為破壞應變率、displacement at failure為漸進損傷失效位移。
算例:
該模型分為兩部分，上端為限位座，限位座兩螺栓孔為固定約束，下端為限位塊，限位塊整個為剛性體，剛性參考點處施加強制位移，兩部分接觸位置定義接觸關系。
下表為整個模型的計算結果
使用abaqus求解金屬材料斷裂破壞實例.pdf
展開 我最近在用MARC模擬金屬材料在楔橫軋過程中的軋制過程的斷裂和破壞，做了一個簡單的二維的模擬，我把文件傳到附件中，有興趣的哥們可以下著看看，有MARC的高手希望能指導一下，我現(xiàn)在只是在初級階段，我的目的是研究三維的模擬。
crack_job1.rar
工況二：右限位
（1）轉軸
轉軸最大平均應變0.064，遠大于其伸長率0.014；因此在74.88N.m力矩下轉軸發(fā)生斷裂破壞。
（2）基板
基板限位根部最大PEEQ為0.3017，大于其材料伸長率0.015，因此基板發(fā)生斷裂破壞。
6.結論：
1.加載74.88N.m力矩時，基板與轉軸PEEQ都超過其伸長率，基板與轉軸都會斷裂；
2.FEA分析結果表明，基板將先于轉軸斷裂，各自所能承受的最大力矩如下：
左限位
右限位
轉軸承受力矩（N.m）
55.8
58
基板承受力矩（N.m）
34
37
3.根據(jù)仿真結果，為后視鏡結構優(yōu)化設計提供重要依據(jù)，在提高產品可靠性、降低產品的損壞率、壓縮成本方面起到了顯著的作用。
展開 ABAQUS 斷裂破壞
我司通過CAE仿真分析作用于基板力矩{62.4N.m*1.2(安全系數(shù))=74.88N.m}下，基板與轉軸結構是否會發(fā)生斷裂破壞。通過分析發(fā)現(xiàn)，產品在特定情況下存在斷裂危險，需要對產品進行優(yōu)化和改善。
計算結果
因限位塊在限位過程中不僅受到剪切，同時還受到拉伸的作用。因此評判過程用剪切強度或者拉伸強度來判斷都不夠嚴苛。本次分析通過PEEQ（平均等效應變）來判斷。
（1）轉軸
轉軸最大平均應變0.1929，遠大于其伸長率0.014。在74.88N.m力矩下轉軸發(fā)生斷裂破壞。
轉軸PEEQ與moment有如上關系，當PEEQ為0.014時，力矩為55800N.mm。
（2）基板
基板限位根部Max PEEQ為0.3016，大于其材料伸長率0.015，基板發(fā)生斷裂破壞。
基板PEEQ與moment有如上關系，當PEEQ為0.015時，力矩為34000N.mm。
結論
加載74.88N.m力矩時，基板與轉軸PEEQ都超過其伸長率，基板與轉軸都會斷裂，而且基板優(yōu)先于轉軸斷裂。
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這為工程實踐中不同的失效模式（突然斷裂、疲勞破壞、應力松弛開裂）提供了統(tǒng)一的分析框架。一個核心問題隨之而來：對于您正在研發(fā)或應用的具體材料，它的Gc 和Gth 究竟是多少？
四種強度理論根據(jù)材料和使用狀態(tài)來自行決定使用，對于默認沒有的結果可以照貓畫虎來得到強度理論對應的結果表達式
下載附件參考
beam.zip
第一類是一脆性斷裂為破壞標志的，其中包括最大拉應力理論和最大伸長線應變理論；
第二類強度理論是以出現(xiàn)塑性屈服或發(fā)生顯著塑性變形作為破壞標志的，其中包括最大切應力理論和形狀改變能密度理論。
正如，流體力學模擬中經(jīng)常對邊界層和激波區(qū)域進行網(wǎng)格加密，結構力學模擬中經(jīng)常對應力集中區(qū)域和斷裂破壞點進行加密。不幸的是，在實際問題模擬中，大多數(shù)情況下無法預先判斷跨尺度特征出現(xiàn)的區(qū)域和時機。在此情況下，必然要求網(wǎng)格具有跟隨物理場變化而自適應加密的能力，進而引發(fā)網(wǎng)格加密規(guī)則等功能性問題，以及并行情況下動態(tài)負載均衡等性能問題。
研究中常見應力三軸度應力狀態(tài)軟性系數(shù)和羅德參數(shù)3種應力狀態(tài)參數(shù)相較于應力狀態(tài)軟化系數(shù)和羅德參數(shù)，應力三軸度(即平均正應力與等效應力之比)能更合理地體現(xiàn)應力狀態(tài)對塑性變形與斷裂破壞的影響。
什么是應力三軸度？
簡而言之，應力三軸度提供了一種方便的標量方法來定性描述試樣中的整體應力張量。然而，它并不是應力大小的衡量標準！
（2）根據(jù)CFRP圓管準靜態(tài)軸向壓潰的變形結果，宏觀斷裂力學分析方法很好地模擬了CFRP薄壁圓管層束分層、纖維斷裂和基體破壞等一些失效的情況。在預壓潰階段，CFRP圓管出現(xiàn)分層破壞現(xiàn)象，內層層束單元向內卷曲，而外層層束單元開始外翻，并且一些單元因失效刪除而發(fā)生撕裂。
相較之下，變形應力發(fā)光并未產生材料的斷裂或破壞。以塑性變形為界，可以將變形應力發(fā)光細分為彈性應力發(fā)光和塑性應力發(fā)光。摩擦應力發(fā)光是在應力發(fā)光顆粒與其他材料之間的摩擦接觸中產生的，過程中通常會產生摩擦電場以及化學反應。
（2）基于可恢復性分類
可恢復應力發(fā)光即材料在不破壞其結構的循環(huán)應力刺激下，其可產生重復的應力發(fā)光響應。
圖3 絲杠應力結果
圖4 車架結果
2.3 樣機結構驗證
由于樣機采用的是上述分析結構，在實車作業(yè)過程中車架和絲杠很快出現(xiàn)了斷裂破壞問題（如圖5），破壞位置和裂紋擴展趨勢與分析結果完全吻合，說明了分析結果的準確性。
1954年英國“彗星”號噴氣式客機連續(xù)發(fā)生爆炸墜海事故，事故原因是由于飛機機身金屬結構出現(xiàn)疲勞效應而產生的斷裂破壞所造成的。這說明，按照靜強度設計結構件，并不能保證其使用安全，在結構設計中必須考慮安全使用壽命問題。在事故發(fā)生之后，航空發(fā)動機結構設計開始采用了安全壽命方法。
安全壽命設計的前提是假設結構是無缺陷的連續(xù)均勻體。
在外部荷載及內力效應的作用下，晶體材料將發(fā)生斷裂破壞，按晶體材料斷裂時裂紋擴展路徑的差異，可將晶體的斷裂分為穿晶斷裂及沿晶斷裂兩種斷裂形式。
穿晶斷裂中裂紋穿過晶體的晶粒內部，斷裂面較為粗糙；沿晶斷裂中裂紋沿晶界擴展，可以清楚地看到一個個晶粒，晶粒面比較光滑。
為了準確模擬材料的開裂過程，SPG方法開發(fā)了鍵斷裂破壞模型，該模型采用多種斷裂準則處理復雜應力情況下材料損傷斷裂過程。
目前，SPG方法已經(jīng)成功的在材料加工，制造過程及破壞分析中得到廣泛的應用，涉及到的材料有：金屬，復合材料，混凝土，橡膠，木材和骨頭等材料。可以模擬的加工過程有各種連接過程加工，切削，磨削，鉆孔-拉出等。
