損傷斷裂數值模擬的案例
ABAQUS基于CT掃描重建與CDP模型的混凝土細觀損傷斷裂三維數值模擬
本案例介紹采用CDP材料對三維重建的混凝土細觀模型進行損傷斷裂數值模擬有限元分析。
ABAQUS模型重建完成后，在屬性里建立骨料、砂漿、ITZ材料參數，并替換截面內原有的空材料，這里砂漿及ITZ可使用EasyCDP插件直接生成混凝土損傷塑性材料，由于不考慮骨料的損傷破壞，因此不必設置骨料的損傷參數。
將混凝土細觀部件進行裝配，添加分析步，并在載荷中設置受壓載荷。
建立并提交作業，查看最終的模擬結果。
【原創成果】細觀混凝土、UHPC數值建模與非線性斷裂模擬
關鍵詞：隨機細觀模擬(stochastic simulation at mesoscale)，XCT實驗與圖像處理(XCT test and image processing)，連續損傷塑性(damaged plasticity)，離散粘結裂縫(discrete cohesive crack)，準脆性相場(quasi-brittle phase field)，有限元法(FEM)，光滑有限元法(smoothed finite element method, SFEM)，比例邊界有限元法(scaled boundary finite element method, SBFEM)，混凝土類復合材料(concrete-like composite materials)，隨機場(random field)，纖維橋連(fibre bridging)，動力斷裂行為(dynamic fracture behaviour)
【書籍推薦】(持續更新)：
[1] 徐世烺. 混凝土斷裂力學[M]. 北京: 科學出版社, 2011.
[2] 杜修力, 金瀏. 混凝土細觀分析方法與應用[M]. 北京: 科學出版社, 2020.
[3] 混凝土細觀損傷斷裂數值模擬[M]. 北京: 中國建材工業出版社, 2024. (30萬字, 徐世烺院士作序).
[4] Du X L, Jin L. Size effect in concrete materials and structures[M]. Beijing, China: Science Press, 2021.
[5] Van Mier J G M. Concrete fracture: a multiscale approach[M]. Boca Raton, FL: CRC press, 2012.
展開 ABAQUS切片掃描三維重建再生骨料混凝土細觀損傷斷裂數值模擬
施加單軸壓縮荷載，動態追蹤再生混凝土的損傷演化過程，揭示裂紋的萌生及擴展機制。本案例基于真實結構的三維重建，突破傳統隨機模型的局限性，為再生混凝土的性能優化提供可靠理論依據。
獲取混凝土內部切片圖像數據的方法主要有以下兩種：一是X射線斷層掃描（CT/XRM），其原理是利用X射線穿透混凝土試件，通過采集多角度投影數據，反演生成三維內部結構圖像；二是物理切片法，將試件切割成薄片，并對切片進行圖像采集。
獲取到試件切片圖像數據后，對圖像進行預處理以區分骨料及砂漿區域，然后即可在ABAQUS內直接采用CT2Model 3D插件將切片圖像進行混凝土細觀模型的三維重建。
由于需要考慮再生骨料及砂漿的細觀損傷斷裂，因此采用EasyCDP插件分別生成兩種損傷塑性材料模型，砂漿材料20 MPa，再生骨料15.8 MPa，并將CT2Model 3D插件建模時生成的Section中的空材料替換為CDP材料。
將模型裝配，設置分析步并施加軸心受壓載荷，需要注意載荷應施加到試件成型時的側面。
建立并提交作業，查看模擬結果。
可觀察到裂紋開展穿過再生骨料。
再生骨料混凝土試件在受壓下的縱向位移。
再生骨料的損傷斷裂。
展開 ABAQUS結構損傷及斷裂數值及工程應用專題
網格無關性簡介
案例2：T型管網格劃分
案例3：復雜裝配體網格劃分
案例4：節點移動
ABAQUS
斷裂力學與損傷概述
理解斷裂力學與損傷基本技術點
1. ABAQUS斷裂力學功能匯總
2. 材料損傷的種類與定義過程
3. 斷裂力學的應用場景與技術特點
4. 斷裂過程對網格質量的要求
5. 斷裂力學與損傷建模注意事項及技巧
6. 聚合層單元的剝離過程
7. 虛擬裂紋擴展（VCCT）基本過程
8. 擴展有限元（XFEM）詳細過程
9. 常見裂紋擴展結果后處理與數據顯示
10. 斷裂力學J積分及強度因子等重要概念
案例5：T向焊接件焊縫表面裂紋熱固耦合應力強度因子計算
案例6：壓力容器表面橢圓裂紋J積分算法
案例7：多裂紋板裂紋尖端T應力計算
案例8：中心裂紋拉伸作用蠕變過程C*積分計算
案例9：3D雙臂梁界面擴展模擬
案例10：三點彎曲三維裂
ABAQUS
斷裂與損傷常見注意事項
幾種常見的斷裂與損傷分析過程
掌握常見斷裂分析過程
斷裂與損傷力學重點結果處理
培訓收費有兩類，請您按自身需要靈活選擇。
展開 
ABAQUS三維多面體骨料密堆積混凝土細觀建模
ABAQUS三維多面體骨料密堆積建模通過重力堆積算法構建混凝土細觀結構，克服了傳統隨機分布模型與實際骨料沉降行為的偏差，更精準反映骨料在混凝土中的分布特征，可實現高骨料占比下的力學響應模擬，為混凝土損傷機理研究、材料參數標定及多尺度耦合分析提供可靠依據。本案例介紹在ABAQUS內建立三維混凝土多面體骨料重力密堆積模型。
混凝土細觀骨料堆積模型采用CAD多面體密堆積_圓柱體試件3D插件生成，在AutoCAD內建立模型后將骨料導出為iges格式文件。
在ABAQUS CAE中將骨料模型導入建立部件，如需對不同骨料分別設置材料屬性也可將骨料分為三個部件分別導入。
對混凝土細觀模型中的各組分設置不同的材料屬性，在混凝土細觀研究中可選用EasyCDP_Mortar&ITZ插件生成混凝土損傷塑性模型材料。
采用四面體單元進行混凝土骨料的網格劃分。
建立不同骨料部件的裝配。
或是通過AutoCAD軟件對骨料進行處理后導出卵石狀骨料模型，并導入到ABAQUS內。
如需進行三維混凝土細觀受壓損傷開裂方面的仿真模擬也可參考ABAQUS三維混凝土細觀受壓損傷斷裂數值模擬視頻教程。
展開 【10月25日-28日 西安】Abaqus結構損傷及斷裂數值仿真及工程應用專題
一、19個實例模型貼近工程實戰操作：
案例01：實體-梁結構連接靜載分析
案例02：T型管網格劃分
案例03：采用局部控制T型管網格劃分
案例04：復雜裝配體網格劃分
案例05：節點移動
案例06：T型焊接件焊縫表面裂紋熱-固耦合應力強度因子計算
案例07：壓力容器表面橢圓裂紋J積分算法
案例08：多裂紋板裂紋尖端T應力計算
案例09：中心裂紋拉伸作用蠕變過程C*積分計算
案例10：3D雙懸臂梁界面擴展模擬
案例11：三點彎曲三維裂紋擴展計算
案例12：時間序列載荷生成
案例13：時間序列載荷合成
案例14：剛柔耦合機構應力疲勞計算
案例15：壓力容器疲勞計算
案例16：振動臺疲勞計算
案例17：點焊疲勞計算
案例18：焊縫疲勞計算
案例19：平板單邊裂紋擴展疲勞計算
二、差異化、效果保證：
1、實戰：專注CAE仿真計算12年，有自己的超算中心，積累了大量的項目工程案例
2、原理：帶領學員訓練實操過程，注重步驟和設置原理
3、系統：7600+學員反饋、工程實例更新與精選，形成系統的版權知識體系
4、響應：自主師資與合伙人模式，可直接對接客戶問題，即時做出響應
5、效果：所有學員提供高配筆記本、工程模型、電子資料、操作軟件、操作指導與反饋
三、增值服務
持本人學生證或教師證享有9折優惠；一個單位同時報名2人享有9折優惠； 一個單位同時報名3人以上（含）享有8.5折優惠。
四、時間地點
2019年10月25日 - 28 日 西安
（第一天報道，上課三天）
五、課程大綱：
六、培訓費用
1、3980元/人（含正脈科工CAE結業證書一本）,住宿可統一安排，費用自理。
展開 【4月17-21日 北京】ANSYS Workbench結構損傷、疲勞與斷裂數值計算方法與工程應用
背景
結構的損傷、疲勞與斷裂破壞是工程結構遭受往復載荷引起結構失效的重要因素，該方面的計算分析越來越受到工程界的重視。為使學員理解損傷、疲勞和斷裂計算的相關概念和原理，同時也幫助工程師在最短時間內掌握軟件的使用方法，提升解決實際問題的能力，提高新產品設計與評估的能力。特舉辦“ANSYS Workbench結構損傷、疲勞與斷裂數值計算方法與工程應用”培訓。該課程全面系統的講解nCode DesignLife軟件疲勞、損傷計算的原理和ANSYS Workbench斷裂計算原理，軟件設置方法以及常見問題的解決方法，重點講解材料疲勞曲線，載荷譜的處理方法，有限元結果的使用，應力疲勞，應變疲勞，振動疲勞，斷裂參數計算，界面開裂模擬，裂紋擴展計算，疲勞裂紋擴展壽命分析等內容。詳情請參見第四部分“內容大綱”。
時間地點
時間： 2019年4月17日-4月21日（第一天報到，授課4天）
地點：北京
主講專家
該課程講師，副教授，博士畢業于哈爾濱工業大學工程力學專業，擅長工程數值分析，14年仿真分析經驗；仿真領域涉及結構靜、動力計算，結構疲勞、損傷與斷裂，計算流體力學，流固耦合及多物理場耦合數值模擬，轉子及多體動力學，工程傳熱與熱應力計算，爆炸與沖擊力學，ansys二次開發等。發表學術論文20余篇，其中SCI、EI收錄論文13篇，申請發明專利2項。培訓70多場次，學員上千人。
內容大綱
報名費用
標準費用：4980元/人，食宿可統一安排，費用自理。
展開 基于johnson-cook damage損傷模型試樣斷裂簡單模擬 ￥10
johnson-cook damage損傷斷裂模型，模擬試樣拉伸至斷裂的過程，該模型主要設置好5個失效參數d1-d5，熔點溫度，轉變溫度，參考應變率。損傷演化（類型：位移；軟化：線性；退化：最大；位移失效：xx。將附件中已設置好的inp，直接導入到ABAQUS中提交運算。
基于相場損傷模型的混凝土細觀壓縮斷裂模擬
緒論
斷裂是混凝土材料破壞的主要模式?？煽俊⒏咝У幕炷?em>斷裂模型在橋梁、隧道、大壩等土木工程結構的安全評估中發揮著重要作用。對混凝土斷裂的研究,尤其對其裂紋萌生和擴展的研究,引起了國內外學者越來越多的關注。混凝土斷裂的數值模擬與斷裂理論、物理試驗相互印證與補充,并隨著科技發展不斷地提高著混凝土斷裂問題模擬的準確性。近年發展起來的斷裂相場法,通過場變量的自動演化獲取裂紋路徑,可方便地模擬出裂紋的動態擴展過程。因此本案列將采用基于<a href="/major/<a href="/major/ABAQUS的斷裂相場模型實現對混凝土斷裂問題的模擬分析并探討該模型的工程實際適用性
理論基礎
相場法是一種以經典熱、動力學理論為基礎,由耦合的非線性的力平衡方程和相場梯度型演化方程組合而成的唯象方法。該方法引入一組場變量來描述結構的相變過程。與銳界面法中場變量的不連續性相反的是,相場法中場變量在界面區域具有連續性,可以用來描述材料初始時和完全破壞之間的平滑過渡。相場變量能分成保守的場變量與非保守的場變量兩種,總量在物體結構演化中保持不變的為保守的場變量,如原子和電荷的濃度場;總量在物體結構演化中為不守恒的并從0到1變化的是非保守的場變量,如馬氏相變。
Frankfort和Marigo基于能量最小化原理提出了Griffith理論的變分形式。描述斷裂的相場法中材料勢能分為兩部分，彈性應變能和表面能，分別對應于完好相和斷裂相。Griffith理論的泛函形式可以表達為:
其中是對稱的小應變張量，代表裂紋面，Ω為求解區域。斷裂問題系統自由能由彈性應變能(等號右邊第一項)和斷裂表面能(等號右邊第二項)構成，裂紋的擴展受自由能最小化原理控制。通過求能量泛函的極值可以獲得材料系統的控制方程。
采用有限寬度的彌散區域來近似表征離散裂紋面，如圖 1所示。
展開 爆炸成型彈丸成型過程中的斷裂數值模擬
為研究爆炸成型彈丸(EFP) 軸向斷裂機理，采用有限元分析軟件LS-DYNA，引入Johnson-Cook 失效模型及自適應算法，對典型EFP 裝藥結構不同外曲率球缺形藥型罩OFHC 銅EFP 成型過程中的斷裂進行數值模擬，并
通過實驗進行驗證。
研究成果發表在兵工學報中，詳細見：
丁力, 蔣建偉, 門建兵, et al. 爆炸成型彈丸成型過程中的斷裂數值模擬及機理分析[J]. 兵工學報, 2017(03):4-10.
同時在 "2018年爆炸力學會議" 進行了專題匯報。詳細見：
丁力(*), 張先鋒, 蔣建偉. 鉭爆炸成型彈丸成型過程中斷裂機理分析[C]. 第十二屆全國爆炸力學學術會議縮編文集, 桐鄉, 2018:25.
爆炸成型彈丸成型過程中的斷裂數值模擬及機理分析.pdf
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展開 ABAQUS損傷斷裂(例2) 盾構機在砂漿環境下掘進的巖石破碎模擬 ￥66.67
ABAQUS損傷斷裂(例2) 盾構機在砂漿環境下掘進的巖石破碎模擬
采用顯示動力學分析：
該模型模擬盾構機在砂漿中掘進的巖石破碎，采用耦合歐拉拉格朗日法模擬砂漿環境下，盾構機刀盤與巖石之間的相互作用，巖石應力達到破碎時采用單元刪除技術消除掉已失去抵抗力的巖石。砂漿模擬為歐拉體，巖石及盾構機刀盤為拉格朗日體，其中盾構機刀盤模擬為剛體。
所建模型：
模擬的盾構機刀盤及所切割的巖石
刀盤及巖石的邊界條件
盾構機刀盤及所切割巖石的單元劃分
盾構機刀盤及巖石所處砂漿環境的網格劃分
模擬的結果：
掘進時的動態效果（隱藏泥漿及盾構機刀盤）
模擬后的結果（隱藏泥漿及盾構機刀盤）
隱藏掉泥漿及盾構機刀盤后巖石破碎時的應力分布
隱藏掉泥漿及盾構機刀盤后巖石破碎時的等效塑性應變分布
模擬動態效果圖（展示成無網格的半模型，含泥漿）
砂漿及巖石在盾構機擾動下的應力分布圖
砂漿及巖石在盾構機擾動下的等效塑性應變分布圖
展開 
COMSOL混凝土細觀單軸拉伸斷裂模擬基于相場損傷模型
相場斷裂理論
現階段在有限元框架下模擬裂紋擴展的數值分析方法主要有單元刪除法、界面單元法、擴展有限元 (XFEM)等；相場理論是通過在尖銳裂縫擴展的邊界引入0~1的相場來反映材料的損傷或斷裂程度，通過相場的控制方程來實現變量的演化。相場 (phase-field) 斷裂模型是一種彌散式裂紋模型，是基于傳統 Griffith理論, 通過能量平衡理論研究裂紋的擴展行為，與其他斷裂理論相比，相場理論具有便于描述裂紋的形成、分岔等復雜情況，網格敏感性較小等優點。
模型樣圖
建模采用的CAD模型樣圖可在下面鏈接下載：
https://www.yqgqt.org.cn/post/1787116
展開 ABAQUS損傷斷裂(例2) 盾構機掘進巖石破碎模擬(單元刪除技術) ￥66.67
盾構機掘進時的巖石破碎模擬(含單元刪除技術)
采用顯示動力學:
盾構機刀盤模擬為剛體，在轉動掘進的過程中破碎巖石。在巖石達到破碎應力后，采用單元刪除技術刪除掉已破碎的巖石單元。
模型概況：
模型的建立及邊界條件的設置
模型的網格劃分
模擬的結果：
掘進時的動態效果
模擬后的結果
隱藏掉盾構機刀盤后巖石破碎時的應力分布
隱藏掉盾構機刀盤后巖石破碎時的等效塑性應變分布
2025大賽優秀作品 | 強動載作用下拱壩動態響應和損傷破壞的數值模擬研究
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</figure><p>鑒于低截面厚度拱壩在恐怖襲擊及爆炸事故中的顯著風險，本研究基于LS-DYNA軟件建立了某原型拱壩的精細化三維數值模型，旨在研究其在水下爆炸強動載作用下的動態響應與損傷破壞機理。數值模擬考慮了兩種TNT當量（100 kg與 200 kg）及兩種爆炸深度（水面下12.5 m和25 m）的水下爆炸工況，實現了爆炸沖擊波-水體-壩體相互作用的完全耦合高精度模擬。模型完整再現了結構從微損傷萌生、宏觀裂縫擴展直至最終失穩潰壩的全過程損傷演化，并特別計入了壩體損傷后庫水壓力的持續作用機制。研究結果表明：壩頂區域為結構最薄弱部位，損傷破壞易在此處萌生并發展。爆炸當量與爆炸深度的變化均顯著影響壩體損傷程度，其中在相同爆炸當量下，增大爆炸深度可顯著減輕拱壩的損傷。拱壩在水下爆炸作用下的破壞過程可分為三個階段：i）初始損傷階段；ii）損傷發展階段；iii）潰壩階段。本研究所建立的精細化模型及模擬方法，為深入理解低截面厚度拱壩在極端荷載下的失效機理及其安全防護設計提供了重要依據。
展開 ABAQUS損傷斷裂 (例1) 金屬切割或沙柳切割斷裂 ￥26.67
1)該模型模擬了材料在旋轉切割下的損傷斷裂全過程，模型考慮了材料的彈性變形，塑性應變，損傷破壞的標準，損傷演化及斷裂的全過程，并考慮了溫度的影響；
2)模型可用于模擬沙柳切割過程，金屬切割過程及材料的損傷斷裂過程。
