Ductile Damage
關(guān)注創(chuàng)建者：赤子Sim 創(chuàng)建時間：2020-05-14
Ductile Damage的視頻教程
ABAQUS-股骨沖擊骨折模擬
本案例基于ABAQUS/Explicit模擬了股骨受到剛性重物沖擊而斷裂的過程，股骨由前處理的inp文件導(dǎo)入，定義材料彈性、塑性、ductile damage和damage evolution參數(shù)，重物以恒定速度沖擊股骨中段，導(dǎo)致股骨骨折。輸出應(yīng)力應(yīng)變云圖，及損傷參量 SDEG。
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ABAQUS拉伸斷裂模擬實例分析
案例對鋁合金圓柱準(zhǔn)靜態(tài)拉伸斷裂模擬整個過程進行講解，包括初始損失（Ductile damage、Shear damage）的引入、分析步設(shè)置、網(wǎng)格劃分等易出現(xiàn)問題的地方，從而使大家對整個斷裂模擬過程有一個系統(tǒng)的掌握。
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Ductile Damage的實例教程
······Q3: ductile damage或Johnson-Cook damage的區(qū)別？
······A3: 目前已知的區(qū)別（本人水平有限，歡迎各位補充）：
1) Johnson-Cook damage是ductile damage高應(yīng)變率下的特殊情況，ductile damage在Standard或Explicit都可使用；Johnson-Cook damage則只能在Explicit中使用。
2) 獲取參數(shù)的試驗方式不同，Johnson-Cook damage的 d1~d5是在轉(zhuǎn)變溫度或低于轉(zhuǎn)變溫度的條件下，通過試件的高溫拉壓扭轉(zhuǎn)實驗獲得的參數(shù)。Ductile damage的η、εdot，是在各種應(yīng)變率條件下進行的材料拉壓扭轉(zhuǎn)試驗，每個應(yīng)力三軸度的值對應(yīng)一個應(yīng)力狀態(tài)，也即是對應(yīng)一種試驗狀態(tài)。因此一般的研究單位很難完全測得這些數(shù)據(jù)。相比之下Johnson-cook damage參數(shù)要容易測的多。這也是為什么目前的文獻中關(guān)于J-C damage的參數(shù)要遠多于ductile damage的，而切削、彈丸侵徹分析多屬于高應(yīng)變率、溫度相關(guān)的過程，因此采用jc塑性+jc damage的組合也比較多。
····································工程應(yīng)用····································
工程案例：連接件由4顆M10的螺栓固定在底座上，連接件承載孔承受持續(xù)5ms的沖擊載荷，工況1峰值130KN，工況2峰值135KN。
展開 在abaqus 里面的progress damage 的failure 主要是在描述材料進入塑性之后，我們可以附加一個破壞準(zhǔn)則以及達到破壞準(zhǔn)則之后的應(yīng)力應(yīng)變路線。
這個針對ductile material主要有兩種準(zhǔn)則可以定義。Ductile fracture of metals可以做剪切也可以做拉伸。這個拉伸的行為就是在拉伸的過程中在材料中間會開始慢慢的產(chǎn)生孔隙，持續(xù)拉伸的孔隙就會聚合到直到形成一個斷裂面。
下面這個sheet metal forming 主要是針對sheet metal 的成型的準(zhǔn)則。這個準(zhǔn)則主要就是有最大主應(yīng)變跟最小主應(yīng)變來去作為它判斷的依據(jù)。如果達到破壞的時候，就可以看到這個薄板在成型的過程中就會破裂。
要講這個progressive damage ，最主要我們都還是要回到這張應(yīng)力應(yīng)變圖來看。
之前介紹的就是elastic 加上plastic。
如果plastic定義的很完整的話，他就會一直往前往往后延伸，然后直到破壞。但在中間的過程里面，實際上我們還是必須得加上一個damage initiation判斷在變形的過程中是不是有達到某一種形式的破壞準(zhǔn)則。那如果沒有達到還沒有達到準(zhǔn)則的話，就會持續(xù)的往后發(fā)展。在plastic里面，如果在塑性段的某一個點做了unloading之后，材料的應(yīng)力會沿著一直斜率下降，在這里面是把這一段的應(yīng)變定為塑性應(yīng)變。但是如果在damage 準(zhǔn)則里再發(fā)生破壞，這個點他回退回來的這個點，我們將這一段的應(yīng)變稱為fracture strain。
在達到破壞準(zhǔn)則之后，所走的路徑叫做damage response。在abaqus里面就叫做damage evolution。
展開 實際分析中更關(guān)注失效參數(shù)的獲取，對簡單問題可以采用單軸拉伸的真應(yīng)力應(yīng)變曲線來計算，一個很好的例子如下：
Ductile_Damage_004.pdf
來自于木蟲上的一個問題
Abaqus損傷演化中的失效位移如何得到？ - 仿真模擬 - 小木蟲 - 學(xué)術(shù) 科研 互動社區(qū) (muchong.com)
原文（感謝Ronald Heinz Norbert Wagner大佬）
How to perform Element deletion in ABAQUS using ductile damage criteria ? (researchgate.net)
展開 參考文獻:《Numerical implementation of a non-local GTN model for explicit FE simulation of ductile damage and fracture》
GTN 一類“耦合型”損傷模型在軟化階段會產(chǎn)生應(yīng)變/損傷高度局部化，解失去橢圓性，導(dǎo)致結(jié)果強依賴單元尺寸（“網(wǎng)格越細，帶寬越窄、耗能趨零”）——這是做延性斷裂數(shù)值預(yù)測時公認的頑疾
作者沿 Tvergaard–Needleman 的思路，把孔隙率的演化率做非局部積分平均（積分型非局部），并在顯式算法里給出一套能“真正規(guī)模不敏感”的數(shù)值實現(xiàn)：
1，用權(quán)函數(shù)實現(xiàn)非局部孔隙率演化
2，提出“交替推進”的非局部更新，更加穩(wěn)健
3，彈性區(qū)也更新非局部量
4，鄰接矩陣用“當(dāng)前構(gòu)形”逐步更新（精度更高，計算成本更大）
通過這一套精心設(shè)計的非局部數(shù)值方案實現(xiàn)了全局力學(xué)響應(yīng)隨網(wǎng)格細化明顯趨于網(wǎng)格無關(guān)，結(jié)果如下所示：
局部和非局部不同網(wǎng)格密度下的當(dāng)前孔洞體積分數(shù)分布示意圖：
可以看到不同網(wǎng)格密度下，nonlocal模型的孔隙度幾乎保持不變
幾種不同網(wǎng)格密度下，局部和非局部模型的力位移曲線如下：
非局部模型的不同網(wǎng)格密度下的斷裂行為的一致性也顯著高于局部模型。
然而這類型模型通常計算的開銷會顯著高于局部模型，相對困難應(yīng)用于工程規(guī)模的計算，不過學(xué)術(shù)研究價值很高。感興趣的可以繼續(xù)在此基礎(chǔ)上進行擴展分析，如在當(dāng)前模型中引入各向異性屈服，梯度效應(yīng)，剪切損傷之類。這里顯示按照作者思路編寫代碼的實現(xiàn)效果。
展開 材料參數(shù)：這里選擇Abaqus中最常用的金屬斷裂模型——Ductile Damage（延性損傷），材料參數(shù)如下：
材料參數(shù)模型（熱膨脹可忽略）
其中關(guān)于損傷失效的參數(shù)為
*Damage Initiation, criterion=DUCTILE ****
0.1, 0.3333, 0.
損傷開始，需要指定損傷應(yīng)變，應(yīng)力三軸度，應(yīng)變率
*Damage Evolution, type=DISPLACEMENT
0.0,
損傷演化，需要指定演化路徑，比如這里指定位移為零
參考USim大佬公眾號給的應(yīng)力三軸度圖表，這里簡單地取0.3333。
分析步：為了計算效率，這里采用顯式分析，時間為1e-4
顯示分析步
模型：采用一個正方體C3D8R單元，背面的三個面施加對稱約束，+Z面給定一個幅值為1的位移載荷。
長寬高均為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，損傷開始的起裂應(yīng)變（Fracture Strain）就是材料損傷開始的等效塑性應(yīng)變，而損傷演化中的位移類型中指定的失效位移（Displacement at Failure）就是從損傷開始到材料完全失效斷裂的位移值。
注意Fracture和Failure這兩個單詞的區(qū)別，F(xiàn)racture可理解為金屬材料內(nèi)部孔洞的成核、生長和聚并形成的微裂紋對材料性能的軟化影響，F(xiàn)ailure是材料的完全失效，即不能承載，發(fā)生整個材料的完全斷裂。
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Ductile Damage的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
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Ductile Damage的最新內(nèi)容
通用的非局部GTN模型模型8個月前
參考文獻:《Numerical implementation of a non-local GTN model for explicit FE simulation of ductile damage and fracture》
GTN 一類“耦合型”損傷模型在軟化階段會產(chǎn)生應(yīng)變/損傷高度局部化，解失去橢圓性，導(dǎo)致結(jié)果強依賴單元尺寸（“網(wǎng)格越細，帶寬越窄、耗能趨零”）——這是做延性斷裂數(shù)值預(yù)測時公認的頑疾
ABAQUS提供的材料損傷和失效模型如下：
Shear、Ductile、JC Damage: 用于模擬金屬材料剪切和延性損傷；
FLD、FLSD、M-K、MSFLD Damage: 用于模擬金屬薄壁件的縮頸破壞；
Quade、Quads、Maxs、Maxe、Maxps、Maxpe Damage: 用于界面單元模擬的損傷破壞；
Hashin Damage: 用于纖維增強復(fù)合材料的損傷模擬
材料參數(shù)：這里選擇Abaqus中最常用的金屬斷裂模型——Ductile Damage（延性損傷），材料參數(shù)如下：
材料參數(shù)模型（熱膨脹可忽略）
其中關(guān)于損傷失效的參數(shù)為
*Damage Initiation, criterion=DUCTILE ****
0.1, 0.3333, 0.
文章名稱：《Assessment of damage evolution behavior in different ductile sheet metals and shapes by the Lemaitre’s ductile damage model 》
doi：10.1016/j.engfailanal.2022.106509
該本章介紹一個適用于延性金屬材料損傷的常見的宏觀損傷模型
對于基體相的強度失效處理是通過vumat或者Abaqus自帶的損傷本構(gòu)（brittle damage、ductile damage以及shear damage）去實現(xiàn)單元失效刪除，以模擬出裂紋在基體中擴展的效果，一般情況下考慮基體的塑性損傷比較多。
實際分析中更關(guān)注失效參數(shù)的獲取，對簡單問題可以采用單軸拉伸的真應(yīng)力應(yīng)變曲線來計算，一個很好的例子如下：
Ductile_Damage_004.pdf
來自于木蟲上的一個問題
Abaqus損傷演化中的失效位移如何得到？
然后可以去對應(yīng)到這個fracture strain來完整的描述我們的ductile damage。如果是shear damage的，也有不一樣的這個ratio 我可以去做實驗。
ppt來源臺灣士盟科技。
DUCTCRT
Ductile damage initiation criterion, .
JCCRT
Johnson-Cook damage initiation criterion (available only in Abaqus/Explicit).
······A3: 目前已知的區(qū)別（本人水平有限，歡迎各位補充）：
1) Johnson-Cook damage是ductile damage高應(yīng)變率下的特殊情況，ductile damage在Standard或Explicit都可使用；Johnson-Cook damage則只能在Explicit中使用。
><p>前面的帖子已經(jīng)介紹過在ABAQUS中模擬裂紋都有哪些技術(shù)，事實上，目前各大商業(yè)軟件對于裂紋擴展的模擬還是有很多很多限制的，更不要說模擬裂紋的任意路徑擴展了，截止目前，分析裂紋任意路徑擴展的方法主要包括以下幾種方法：</p><p>1 使用ABAQUS（或者ls-dyna等）自帶材料損傷本構(gòu)，達到失效的單元會被刪除；</p><p> 例如：brittle cracking、ductile
