斷裂破壞的案例
使用Abaqus求解金屬材料斷裂破壞實例
本文簡單介紹使用Abaqus計算帶有漸進損傷破壞參數的韌性金屬模型，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，Fracture 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 MARC模擬金屬材料的斷裂破壞
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，我現在只是在初級階段，我的目的是研究三維的模擬。
crack_job1.rar
CAE在轉軸限位塊結構中強度分析的應用實例
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.根據仿真結果，為后視鏡結構優化設計提供重要依據，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
ABAQUS 斷裂破壞
CAE在汽車后視鏡限位塊結構分析中的解決方案
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)=74.88N.m}下，基板與轉軸結構是否會發生斷裂破壞。通過分析發現，產品在特定情況下存在斷裂危險，需要對產品進行優化和改善。
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，而且基板優先于轉軸斷裂。
展開 利用ABAQUS進行巖土內部斷裂破壞的cohesive單元分析研究
問題引出
我們知道，ABAQUS中經常用于模擬裂紋擴展或斷裂行為的是Cohesive單元，Cohesive單元可理解為一種準二維單內聚單元，可以將它看作被一個厚度隔開的兩個面，這兩個面分別和其他實體單元連接。這種單元在很多行業中的結構關于損傷仿真研究方面經常用到。為此，本文通過建立金屬板的膠合模型，用cohesive單元模擬結構的損傷演化。
2. 模型說明
兩塊金屬板用膠結合在一起，在法向拉力作用作用下將兩塊板分開，分析在對金屬板加載過程中膠層的應力應力及失效過程。金屬板層尺寸為10×10×1mm，膠層厚度為0.1mm，有限元模型如圖1所示，左右兩層體單元為金屬，中間一層為厚度為0的Cohesive單元，此次仿真用的單位制系統是mm、N、MPa。
圖1金屬板膠接模型
3有限元分析
利用ABAQUS進行本次Cohesive單元損傷演化分析步驟如圖2所示，主要包括：創建部件及劃分網格、創建材料并給部件賦予材料屬性、裝配、創建參考點和剛體約束、創建分析步、設置輸出變量、創建邊界條件及施加位移載荷、創建分析作業并提交分析、可視化處理，其中在兩個仿真環節中會設計到cohesive單元的設置及后處理操作，因此，本文著重分析這兩個方面的內容。在創建材料賦予材料屬性這里，軟件中是通過單擊工具箱中assign section，單擊sets按鈕，在region assignment對話框中選擇Sect-cohesive，單擊ok完成，具體操作界面見圖3所示，其他部件操作依次類推。此外在最后的可視化處理操作在后續介紹。
圖2分析步驟
圖3 region section界面設置
3可視化后處理操作
具體在ABAQUS中的操作見附件cae格式文件，最終的結果如下各圖所示。
展開 力學趣談：斷裂力學是破解結構低應力破壞的金鑰匙（轉載自正脈CAE技術平臺）
裂紋擴展與損傷安全設計
根據線彈性斷裂力學理論，只要存在裂紋，裂尖應力值都是無窮大，任何有限外力作用下，材料都會破壞。這當然與人們的直觀有矛盾，也是線彈性斷裂力學受人詬病的最大問題。對于絕大多數材料，情況并非如此。當裂紋長度達到一定長度（臨界裂紋長度）時裂紋才失穩擴展，從而導致材料（或構件）最終破壞。
本文第一節提到，“彗星號”客機，經過多次起降，座艙內壓反復作用促使窗口尖角啟發裂紋，然后繼續擴展，當它到達臨界長度時，飛機突然失事。所以，從裂紋出現到裂紋失穩破壞，有一個時間過程。這里，我們來簡單談談疲勞與斷裂的關系。
疲勞與斷裂是一條藤上的兩個“大瓜”。材料或構件因疲勞而萌生裂紋，在后續疲勞載荷作用下，裂紋呈緩慢狀擴展，直到它達到其臨界長度，突然失穩擴展，便會導致材料破壞。裂紋長度a隨疲勞周次的增長率和疲勞載荷之間關系如下：
其中，E是楊氏模量，σysc是材料屈服應力，ΔK是疲勞載荷范圍（即最大應力強度因子與最小應力強度因子之間的幅值）。ΔK與裂紋長度a有關， a越大ΔK越大。可見，當裂紋很小時，ΔK也較小，裂紋擴展緩慢。當a達到臨界值時，材料才會破壞（如圖7所示）。
圖7a是典型的裂紋隨時間擴展曲線。圖7b中則給出了材料剩余強度隨疲勞過程的變化曲線。因此，從裂紋萌生到材料破壞之間的時間區間，是一個可以對構件進行檢查并防止事故發生的區間。
圖7 裂紋隨時間擴展與損傷安全概念
工程師的現代化結構設計思想是，容許結構中出現裂紋，這就是所謂損傷安全設計。此設計概念與以往的設計思想大大發展了。這就是斷裂力學的巨大貢獻。
斷裂力學創立是具有兩個世紀以上歷史的固體力學發展史上具有里程碑意義的一個大建樹，它修改了傳統工程設計思想，避免了低應力破壞事件的頻繁發生。
展開 怎樣理解材料力學中的強度和剛度的
一、強度
定義：構件或者零部件在外力作用下，抵御破壞（斷裂）或者顯著變形的能力。
提取關鍵字，破壞斷裂，顯著變形。
比如說孫越把ipad當成了體重秤，站上去，ipad屏幕裂了，這就是強度不夠。比如武漢每年的夏天看海時許多大樹枝被風吹斷，這也是強度不夠。
強度是反映材料發生斷裂等破壞時的參數，強度一般有抗拉強度，抗壓強度等，就是當應力達到多少時材料發生破壞的量，強度單位一般是兆帕。
破壞類型
脆性斷裂：在沒有明顯的塑形變形情況下發生的突然斷裂。如鑄鐵試件在拉伸時沿橫截面的斷裂和圓截面鑄鐵試件在扭轉時沿斜截面的斷裂。
塑形屈服：材料產生顯著的塑形變形而使構件喪失工作能力，如低碳鋼試樣在拉伸或扭轉時都會發生顯著的塑形變形。
強度理論
1. 最大拉應力理論：
只要構件內一點處的最大拉應力σ1達到單向應力狀態下的極限應力σb，材料就要發生脆性斷裂。于是危險點處于復雜應力狀態的構件發生脆性斷裂破壞的條件是：σ1=σb。
所以按第一強度理論建立的強度條件為：σ1≤[σ] 。
2. 最大拉應變理論：
只要最大拉應變ε1達到單向應力狀態下的極限值εu，材料就要發生脆性斷裂破壞。ε1=σu；
由廣義虎克定律得：ε1=[σ1-u(σ2+σ3)]/E，所以σ1-u(σ2+σ3)=σb。
按第二強度理論建立的強度條件為：σ1-u(σ2+σ3)≤[σ]。
3.
展開 材料力學中強度和剛度的理解
一，強度
定義：構件或者零部件在外力作用下，抵御破壞（斷裂）或者顯著變形的能力。
提取關鍵字，破壞斷裂，顯著變形。
比如說孫越把ipad當成了體重秤，站上去，ipad屏幕裂了，這就是強度不夠。比如武漢每年的夏天看海時許多大樹枝被風吹斷，這也是強度不夠。
強度是反映材料發生斷裂等破壞時的參數，強度一般有抗拉強度，抗壓強度等，就是當應力達到多少時材料發生破壞的量，強度單位一般是兆帕。
破壞類型
脆性斷裂：在沒有明顯的塑形變形情況下發生的突然斷裂。如鑄鐵試件在拉伸時沿橫截面的斷裂和圓截面鑄鐵試件在扭轉時沿斜截面的斷裂。
塑形屈服：材料產生顯著的塑形變形而使構件喪失工作能力，如低碳鋼試樣在拉伸或扭轉時都會發生顯著的塑形變形。
強度理論
1. 最大拉應力理論：
只要構件內一點處的最大拉應力σ1達到單向應力狀態下的極限應力σb，材料就要發生脆性斷裂。于是危險點處于復雜應力狀態的構件發生脆性斷裂破壞的條件是：σ1=σb。
所以按第一強度理論建立的強度條件為：σ1≤[σ] 。
2. 最大拉應變理論：
只要最大拉應變ε1達到單向應力狀態下的極限值εu，材料就要發生脆性斷裂破壞。ε1=σu；
由廣義虎克定律得：ε1=[σ1-u(σ2+σ3)]/E，所以σ1-u(σ2+σ3)=σb。
按第二強度理論建立的強度條件為：σ1-u(σ2+σ3)≤[σ]。
3. 最大切應力理論：
只要最大切應力τmax達到單向應力狀態下的極限切應力τ0，材料就要發生屈服破壞。τmax=τ0。
展開 怎樣理解材料力學中的強度和剛度
一、強度
定義：構件或者零部件在外力作用下，抵御破壞（斷裂）或者顯著變形的能力。
比如說把ipad當成體重秤，站上去，ipad屏幕裂了，這就是強度不夠。比如許多大樹枝被風吹斷，這也是強度不夠。
強度是反映材料發生斷裂等破壞時的參數，強度一般有抗拉強度、抗壓強度等，就是當應力達到多少時材料發生破壞的量，強度單位一般是兆帕。
1. 破壞類型
脆性斷裂：在沒有明顯的塑性變形情況下發生的突然斷裂。如鑄鐵試件在拉伸時沿橫截面的斷裂和圓截面鑄鐵試件在扭轉時沿斜截面的斷裂。
塑性屈服：材料產生顯著的塑形變形而使構件喪失工作能力，如低碳鋼試樣在拉伸或扭轉時都會發生顯著的塑性變形。
2. 強度理論
最大拉應力理論：只要構件內一點處的最大拉應力σ1 達到單向應力狀態下的極限應力σb，材料就要發生脆性斷裂。于是危險點處于復雜應力狀態的構件發生脆性斷裂破壞的條件是：σ1=σb。所以，按第一強度理論建立的強度條件為：σ1≤[σ] 。
最大拉應變理論：只要最大拉應變ε1 達到單向應力狀態下的極限值εu，材料就要發生脆性斷裂破壞，ε1=εu。由廣義胡克定律得：ε1=[σ1-u(σ2+σ3)]/E，所以σ1-u(σ2+σ3)=σb。按第二強度理論建立的強度條件為：σ1-u(σ2+σ3)≤[σ]。
最大切應力理論：只要最大切應力τmax 達到單向應力狀態下的極限切應力τ0，材料就要發生屈服破壞。τmax=τ0。依軸向拉伸斜截面上的應力公式可知τ0=σs/2（σs 為橫截面上的正應力）由公式得：τmax=(σ1-σ3)/2。
展開 對于強度和剛度的理解
01
強度
定義：構件或者零部件在外力作用下，抵御破壞（斷裂）或者顯著變形的能力。
比如說人把ipad當成了體重秤，站上去，ipad屏幕裂了，這就是強度不夠。比如武漢每年的夏天許多大樹枝被風吹斷，這也是強度不夠。
強度是反映材料發生斷裂等破壞時的參數，強度一般有抗拉強度、抗壓強度等，就是當應力達到多少時材料發生破壞的量，強度單位一般是兆帕。
1.1
破壞類型
脆性斷裂
在沒有明顯的塑性變形情況下發生的突然斷裂。如鑄鐵試件在拉伸時沿橫截面的斷裂和圓截面鑄鐵試件在扭轉時沿斜截面的斷裂。
展開 
COMSOL晶體斷裂基于維諾圖Voronoi泰森多邊形建模
在外部荷載及內力效應的作用下，晶體材料將發生斷裂破壞，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。
在COMSOL中對兩種斷裂形式進行模擬，模型采用Voronoi泰森多邊形構建晶體的晶粒組織，幾何模型采用CAD Voronoi插件進行參數化建模生成。
插件采用合理的多邊形約束模式，可使得泰森多邊形晶粒結構生成大小均勻，且可避免存在三角形晶體及角度過小的情況。模型對晶格及邊界分別定義不同的材料參數，以實現開裂模式上的差異。力學模型采用軸向拉伸模擬，左側邊界設置為輥支撐，右側設置水平向的位移。
COMSOL晶體材料的穿晶斷裂及沿晶斷裂位移：
COMSOL晶體材料的穿晶斷裂及沿晶斷裂裂縫擴展：
需要進行模擬的可在下面鏈接下載Voronoi的模型樣圖，CAD格式的，需要自己導入的COMSOL內：
CAD Voronoi
展開 MAT_ADD_EROSION 關鍵字定義材料失效及其案例應用 ￥20
MAT_ADD_EROSION 關鍵字的案例應用
MAT_ADD_EROSION是針對某一種材料模型，設定破壞準則（failure criteria）。比如可以對鋼板的材料進行設定，當最大壓力，主應力，最大主應變，剪應變等等達到某一人為設定的數值時，相對應的單元就被刪除(erosion)。所設定的各個破壞準則是相互獨立的，任何一個滿足的時候，相對應的單元即被刪除（erosion）。
帶有缺口平板拉伸破壞為例
拉伸斷裂破壞結果動圖（含損傷失效）
初始模型
拉伸破壞動圖（不含損傷失效）
本案例僅提供模型文件結果文件及相關指導，凡購買的朋友針對本案例仿真實現上有什么疑問可以私信。更多知識點、注意點見收費部分。
展開 ABAQUS經典培訓案例之斷裂專題-VCCT方法應用（附CAE文件） ￥10
圖1模型
如圖1所示的模型，帶缺陷平板在兩端彎矩作用下發生擴展至斷裂破壞的過程。下面詳解每個步驟的設置。
目標：學會VCCT方法的設置及應用。
幾何模型：本案例將平板一分為二，建立左右兩個相同的矩形part，在后續接觸中設置VCCT。
圖2裝配模型
材料：定義了線彈性材料steel，彈性模量200000，泊松比0.3。建立Homogeneoussolid屬性并賦予part。進入裝配，通過移動將兩塊平板拼接在一起，如圖2所示。
分析步設置：為提高收斂性，修改增量步長為0.01，最小增量步長1e-8，最大增量步數改為250，打開大變形。定義右邊參考點集合CM3，UR3的歷史輸出，便于后處理輸出曲線。
圖3 分析步設置
相互作用設置：建立接觸屬性，切向無摩擦，設置斷裂準則，如圖4所示。將左邊平板的右邊界分成兩段，下面一段長2mm表示初始裂紋，創建set集bond，選擇上部的邊線。建立左右平板對接接觸，
展開 橡膠的扯斷理論。
拉斷截面的粗糙程度，決定于網構中錐段受力和斷裂行為。當試樣拉伸時，斷裂部位網構鏈段受力不均，拉斷的瞬間，拉斷截面上各點的破壞，不是同時發生，即破壞程度不同，在拉斷的截面上，就出現粗糙現象。這種拉伸破壞稱為高彈性拉伸破壞。反之，拉伸速度快，破壞瞬間，膠表現了低彈性或硬脆性。此時，拉伸應力集中，來不及分散，當某處超過極限應力，即產生脆性斷裂，在破壞截面上，同時發生拉斷，在截面上出現較大的光滑區域，這種破壞稱之脆性破壞。
2、溫度和網構對橡膠拉斷破壞現象的影響
溫度對橡膠拉伸斷裂現象也有很大影響。在玻璃化溫度Tg以上，高彈性溫度范圍，較慢的拉伸速度下，拉斷截面表現有大面積的粗糙區域。在溫度Tg以下時，橡膠呈現脆硬狀態，此時的拉斷完全是脆性破壞，出現大面積的光滑區域。
另外，橡膠網構密度越大，彈性摸量越高，拉斷破壞時，斷裂截面的粗糙區域越小，而光滑區域越大，反之有相反現象。拉伸斷裂現象也與橡膠分子結構中含有的極性基團有關，含有極性基團越多，分子間力越強，試樣斷裂截面具有較大的光滑區域。例如，非極性橡膠以較快速拉仲（經過幾分鐘），拉斷截面就出現明顯粗糙區域，而丁睛橡膠（含30％丙烯腈），在20℃下經過3小時的緩慢拉伸，拉斷面才出現粗糙區域。
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