位移失效
關(guān)注創(chuàng)建者：粉哥 創(chuàng)建時(shí)間：2020-04-08
位移失效的視頻教程
johnson-cook damage損傷斷裂模型
johnson-cook damage損傷斷裂模型，模擬試樣拉伸至斷裂的過(guò)程，該模型主要設(shè)置好5個(gè)失效參數(shù)d1-d5，熔點(diǎn)溫度，轉(zhuǎn)變溫度，參考應(yīng)變率。損傷演化（類(lèi)型：位移；軟化：線性；退化：最大；位移失效：xx。
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ABAQUS中BK混合模式的雙線性內(nèi)聚力本構(gòu)模型二次開(kāi)發(fā)
最后，課程將自編模型與Abaqus內(nèi)置界面損傷模型在單模態(tài)與混合模態(tài)下進(jìn)行對(duì)比（反力—位移曲線、起裂與失效位移、卸載/再加載路徑等），驗(yàn)證開(kāi)發(fā)模型的正確性，幫助你建立可復(fù)用的界面本構(gòu)開(kāi)發(fā)與調(diào)試方法論。
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位移失效的實(shí)例教程
johnson-cook damage損傷斷裂模型，模擬試樣拉伸至斷裂的過(guò)程，該模型主要設(shè)置好5個(gè)失效參數(shù)d1-d5，熔點(diǎn)溫度，轉(zhuǎn)變溫度，參考應(yīng)變率。損傷演化（類(lèi)型：位移；軟化：線性；退化：最大；位移失效：xx。將附件中已設(shè)置好的inp，直接導(dǎo)入到ABAQUS中提交運(yùn)算。
熟悉Abaqus內(nèi)嵌的二維hashin漸進(jìn)失效模型的同學(xué)都知道，在判斷損傷起始以后，需要依據(jù)材料的斷裂韌性對(duì)剛度進(jìn)行退化，如下圖所示。
上述表格中的數(shù)據(jù)即為材料不同方向拉壓開(kāi)裂時(shí)的斷裂韌性，在Hashin漸進(jìn)失效模型中，四個(gè)斷裂韌性的數(shù)值分別用于求解四個(gè)失效位移值，如下圖所示。
以纖維方向拉斷為例，Gft為纖維方向拉斷對(duì)應(yīng)的斷裂韌性，XT為單向板0°方向的拉伸強(qiáng)度，根據(jù)這兩項(xiàng)就可以推出其失效位移為：
一般的，對(duì)于基體的斷裂韌性我們可以通過(guò)雙懸臂梁實(shí)驗(yàn)（DCB實(shí)驗(yàn)，參見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)ASTM5528）來(lái)測(cè)得I型斷裂韌性。或者通過(guò)ENF試驗(yàn)來(lái)測(cè)得II型斷裂韌性。
DCB實(shí)驗(yàn)示意圖
ENF實(shí)驗(yàn)示意圖
目前在文獻(xiàn)或者試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中看到的都是針對(duì)基體或者界面的測(cè)試方法，很少有人去測(cè)試垂直纖維方向斷裂時(shí)的斷裂韌性。
本文將簡(jiǎn)單介紹一下沿纖維方向斷裂時(shí)的斷裂韌性測(cè)試方法，文獻(xiàn)中能夠查找到的大多都是基于CT和CC試樣，下圖所示是拉伸斷裂時(shí)的斷裂韌性測(cè)試方法及建議的試件尺寸，其參考的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是ASTM E399。
CT試樣示意圖
類(lèi)似的，當(dāng)測(cè)試壓縮斷裂韌性時(shí)，采用CC試樣，其參考試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是ASTM E1820，如下圖所示。
CC試樣示意圖
纖維方向開(kāi)裂時(shí)的斷裂韌性一般要遠(yuǎn)大于基體開(kāi)裂時(shí)的斷裂韌性，例如，文獻(xiàn)中的纖維拉伸斷裂韌性大約在50-150N/mm之間，而基體斷裂韌性大約在0.2-1.5N/mm之間，相差可以達(dá)百倍。
上述實(shí)驗(yàn)在實(shí)際操作過(guò)程中是很容易失敗的，因?yàn)榛w強(qiáng)度很低，即使按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)建議的尺寸加工試件，在測(cè)試時(shí)，有可能會(huì)出現(xiàn)裂紋90°拐折，導(dǎo)致測(cè)不出纖維拉斷或壓斷時(shí)的斷裂韌性，因此對(duì)試件的加工要求很高，感興趣的可以嘗試一下，國(guó)內(nèi)測(cè)試這類(lèi)數(shù)據(jù)的還是很少的。
展開(kāi) 本文簡(jiǎn)單介紹使用Abaqus計(jì)算帶有漸進(jìn)損傷破壞參數(shù)的韌性金屬模型，圖 1為典型材料漸進(jìn)損傷曲線，其中A點(diǎn)為漸進(jìn)損傷起始點(diǎn)，AB段為材料損傷過(guò)程，點(diǎn)B為材料完全失效點(diǎn)。
圖 2為Abaqus漸進(jìn)損傷破壞相關(guān)參數(shù)，F(xiàn)racture strain為破壞應(yīng)變、stress triaxiality為應(yīng)力三軸度、strain rate為破壞應(yīng)變率、displacement at failure為漸進(jìn)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(gè)為剛性體，剛性參考點(diǎn)處施加強(qiáng)制位移，兩部分接觸位置定義接觸關(guān)系。
下表為整個(gè)模型的計(jì)算結(jié)果
使用abaqus求解金屬材料斷裂破壞實(shí)例.pdf
展開(kāi) 損傷演化規(guī)律分為多種，其中基于失效位移的線性演化形式如下：
采用應(yīng)力回退法編寫(xiě)公式2的JC損傷彈塑性Vumat子程序，程序原理如下圖所示
得到計(jì)算結(jié)果如下圖所示
可以看到計(jì)算中有穩(wěn)定的切削生成，提取單元的應(yīng)力應(yīng)變曲線如下所示：
圖中可以看出該程序很好的實(shí)現(xiàn)了單元在大應(yīng)變時(shí)出現(xiàn)的軟化效果。
最后，有需要?dú)g迎通過(guò)公眾號(hào)“320科技工作室”聯(lián)系我們
Abaqus自動(dòng)切削插件 ￥199
在之前的一片帖子我發(fā)了一個(gè)自動(dòng)切削的插件，能夠幫助用戶快速建模并提交計(jì)算，帖子在這兒：
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/359915
最近又接觸了一些切削插件的制作和計(jì)算，對(duì)各個(gè)參數(shù)也有了更多的體會(huì)，比如，對(duì)于切屑的形狀來(lái)說(shuō)，是否能夠形成鋸齒狀切屑與很多參數(shù)有關(guān)，但是影響最大的基本上是彈性模量、失效位移、強(qiáng)化模型參數(shù)。
付費(fèi)內(nèi)容是插件相關(guān)的代碼。
當(dāng)然，插件只是一個(gè)自動(dòng)建模的工具，根據(jù)默認(rèn)的參數(shù)或者用戶輸入的參數(shù)建模完成后，用戶對(duì)于參數(shù)、接觸設(shè)置、邊界條件等有不滿意的或者有額外設(shè)置的還可以在Abaqus/CAE界面進(jìn)行手動(dòng)修改。
插件界面與上一版本相比有如下改動(dòng)：
修改了界面，沒(méi)有那么占空間，布局更合理；
修改了一些默認(rèn)形狀參數(shù)和材料參數(shù)，默認(rèn)的參數(shù)基本上能計(jì)算差不多的切削效果。
完善這個(gè)插件過(guò)程中計(jì)算了幾個(gè)算例，效果圖如下，計(jì)算結(jié)果有好有壞，跟選擇的參數(shù)有很大的關(guān)系，相信看到這篇文章的你對(duì)金屬變形機(jī)理方面肯定有更深刻的理解。
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位移失效的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
位移失效的最新內(nèi)容
據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)，32% 的電子產(chǎn)品售后問(wèn)題源于意外跌落與物理沖擊，其中 70% 的故障為屏幕碎裂、內(nèi)部元器件焊點(diǎn)脫落、電池位移等隱性失效，不僅推高售后成本，更直接侵蝕品牌口碑。從口袋滑落的手機(jī)、不慎墜地的 TWS 耳機(jī)、桌面傾覆的平板，每一次意外都是對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可靠性的終極考驗(yàn)，而跌落試驗(yàn)機(jī)正是電子企業(yè)破解這一痛點(diǎn)、將被動(dòng)售后轉(zhuǎn)為主動(dòng)質(zhì)量管控的核心工具。
用此模型進(jìn)行大變形仿真，會(huì)嚴(yán)重低估結(jié)構(gòu)剛度，可能導(dǎo)致產(chǎn)品在設(shè)計(jì)中產(chǎn)生過(guò)大的位移或密封失效風(fēng)險(xiǎn)。
提升仿真置信度
當(dāng)?shù)入p軸測(cè)試數(shù)據(jù)能覆蓋至200%甚至300%的應(yīng)變時(shí)，本構(gòu)模型的擬合就建立在“內(nèi)插”而非“外推”的基礎(chǔ)上。這意味著，對(duì)于絕大多數(shù)工程應(yīng)用場(chǎng)景，仿真分析都是在經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)進(jìn)行，其結(jié)果的可信度將得到顯著提升。
高速葉輪機(jī)械離心力失效分析UMAT技術(shù)6個(gè)月前
</p><h2 class="ql-align-center"><strong>結(jié)果</strong></h2><p>統(tǒng)計(jì)了失效單元變化趨勢(shì)與以及載荷位移曲線拐點(diǎn)，取保守的載荷位移曲線拐點(diǎn)作為失效點(diǎn)。
不同溫度下，PBT-GF30零部件力-位移曲線及失效
3-2 產(chǎn)品可靠性分析
上述仿真分析是確定性的，即忽略了實(shí)際情況中的不確定性來(lái)源。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中考慮不確定性因素越晚，則需要設(shè)計(jì)更改的時(shí)間越晚，這樣實(shí)施起來(lái)的成本就會(huì)很高。同時(shí)，考慮組件結(jié)構(gòu)可靠性的所有不確定性，需要大量的仿真計(jì)算工作。
圖6.
建議失效選用位移方式，合理選擇失效數(shù)值
5.求解時(shí)間較長(zhǎng)？
顯式動(dòng)力學(xué)是采用顯式算法進(jìn)行動(dòng)力學(xué)方程的求解，顯式算法最大優(yōu)點(diǎn)是有較好的穩(wěn)定性，不存在隱式算法中的收斂性問(wèn)題。顯式動(dòng)力學(xué)最適合發(fā)生在短時(shí)間，幾毫秒內(nèi)的事件或更小時(shí)間。持續(xù)1秒以上的事件可以模擬但是需要較長(zhǎng)的時(shí)間，通過(guò)諸如質(zhì)量縮放和動(dòng)態(tài)松弛之類(lèi)的技術(shù)可用于提高模擬效率減少計(jì)算時(shí)長(zhǎng)。
損傷演化規(guī)律分為多種，其中基于失效位移的線性演化形式如下：
采用應(yīng)力回退法編寫(xiě)公式2的JC損傷彈塑性Vumat子程序，程序原理如下圖所示
得到計(jì)算結(jié)果如下圖所示
可以看到計(jì)算中有穩(wěn)定的切削生成，提取單元的應(yīng)力應(yīng)變曲線如下所示：
圖中可以看出該程序很好的實(shí)現(xiàn)了單元在大應(yīng)變時(shí)出現(xiàn)的軟化效果
長(zhǎng)寬高均為1的正方體
結(jié)果：提取該單元的應(yīng)變和Mises應(yīng)力，給了不同的損傷起始應(yīng)變和損傷演化斷裂位移，最后的結(jié)果如下圖
很明顯，損傷開(kāi)始的起裂應(yīng)變（Fracture Strain）就是材料損傷開(kāi)始的等效塑性應(yīng)變，而損傷演化中的位移類(lèi)型中指定的失效位移（Displacement at Failure）就是從損傷開(kāi)始到材料完全失效斷裂的位移值。
與1 mm網(wǎng)格模型相比，各工況4 mm網(wǎng)格模型仿真失效位移最大偏差達(dá)到85%（圖3）。
圖3 默認(rèn)網(wǎng)格尺寸修正設(shè)置下不同網(wǎng)格尺寸仿真結(jié)果
為提高不同網(wǎng)格尺寸模型失效行為預(yù)測(cè)結(jié)果一致性，采用如圖4所示的自定義應(yīng)力三軸度修正曲線替代現(xiàn)有的分段線性修正曲線。該設(shè)置方法可以在R11.0版本之后的求解器中，通過(guò)定義網(wǎng)格尺寸修正曲面來(lái)實(shí)現(xiàn)。
可見(jiàn)，仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果在拔出力上升段吻合較好，只是由于在材料屬性設(shè)置中只模擬了松質(zhì)骨的屈服，沒(méi)有模擬由于骨小梁斷裂引起的松質(zhì)骨失效，所以仿真得出的拔出力-位移曲線沒(méi)有失效后的下降過(guò)程，但這并不妨礙本文提出的仿真模型對(duì)于椎弓根釘拔出強(qiáng)度的預(yù)測(cè)。
2.計(jì)算參數(shù)
密度：2600kg/m3
彈性模量2000000000pa
泊松比0.3
斷裂應(yīng)變0.002
內(nèi)摩擦角41.84°;
剪漲角5°;
屈服應(yīng)力10900000pa
失效位移0.0001
3.計(jì)算工況
切削速度為15mm/s，切割時(shí)間為0.5s，質(zhì)量縮放為10000。
建立切削深度為0.1 mm -1.8mm共18個(gè)工況。
