Ductile Damage的案例
【螺栓斷裂】Abaqus韌性損傷與剪切損傷準(zhǔn)則---{ 問(wèn)題答疑 +工程案例 + 模型文件 } ￥99.9
······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(bǔ)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(yàn)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(guò)試件的高溫拉壓扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)獲得的參數(shù)。Ductile damage的η、εdot，是在各種應(yīng)變率條件下進(jìn)行的材料拉壓扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，每個(gè)應(yīng)力三軸度的值對(duì)應(yīng)一個(gè)應(yīng)力狀態(tài)，也即是對(duì)應(yīng)一種試驗(yàn)狀態(tài)。因此一般的研究單位很難完全測(cè)得這些數(shù)據(jù)。相比之下Johnson-cook damage參數(shù)要容易測(cè)的多。這也是為什么目前的文獻(xiàn)中關(guān)于J-C damage的參數(shù)要遠(yuǎn)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(guò)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(kāi) abaqus幾種材料破壞準(zhǔn)則的設(shè)定
在abaqus 里面的progress damage 的failure 主要是在描述材料進(jìn)入塑性之后，我們可以附加一個(gè)破壞準(zhǔn)則以及達(dá)到破壞準(zhǔn)則之后的應(yīng)力應(yīng)變路線。
這個(gè)針對(duì)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(gè)拉伸的行為就是在拉伸的過(guò)程中在材料中間會(huì)開(kāi)始慢慢的產(chǎn)生孔隙，持續(xù)拉伸的孔隙就會(huì)聚合到直到形成一個(gè)斷裂面。
下面這個(gè)sheet metal forming 主要是針對(duì)sheet metal 的成型的準(zhǔn)則。這個(gè)準(zhǔn)則主要就是有最大主應(yīng)變跟最小主應(yīng)變來(lái)去作為它判斷的依據(jù)。如果達(dá)到破壞的時(shí)候，就可以看到這個(gè)薄板在成型的過(guò)程中就會(huì)破裂。
要講這個(gè)progressive damage ，最主要我們都還是要回到這張應(yīng)力應(yīng)變圖來(lái)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(huì)一直往前往往后延伸，然后直到破壞。但在中間的過(guò)程里面，實(shí)際上我們還是必須得加上一個(gè)damage initiation判斷在變形的過(guò)程中是不是有達(dá)到某一種形式的破壞準(zhǔn)則。那如果沒(méi)有達(dá)到還沒(méi)有達(dá)到準(zhǔn)則的話，就會(huì)持續(xù)的往后發(fā)展。在plastic里面，如果在塑性段的某一個(gè)點(diǎn)做了unloading之后，材料的應(yīng)力會(huì)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(gè)點(diǎn)他回退回來(lái)的這個(gè)點(diǎn)，我們將這一段的應(yīng)變稱(chēng)為fracture strain。
在達(dá)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(kāi) ABAQUS損傷參數(shù)
實(shí)際分析中更關(guān)注失效參數(shù)的獲取，對(duì)簡(jiǎn)單問(wèn)題可以采用單軸拉伸的真應(yīng)力應(yīng)變曲線來(lái)計(jì)算，一個(gè)很好的例子如下：
Ductile_Damage_004.pdf
來(lái)自于木蟲(chóng)上的一個(gè)問(wèn)題
Abaqus損傷演化中的失效位移如何得到？ - 仿真模擬 - 小木蟲(chóng) - 學(xué)術(shù) 科研 互動(dòng)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(kāi) 通用的非局部GTN模型模型
參考文獻(xiàn):《Numerical implementation of a non-local GTN model for explicit FE simulation of ductile damage and fracture》
GTN 一類(lèi)“耦合型”損傷模型在軟化階段會(huì)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(qiáng)依賴(lài)單元尺寸（“網(wǎng)格越細(xì)，帶寬越窄、耗能趨零”）——這是做延性斷裂數(shù)值預(yù)測(cè)時(shí)公認(rèn)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(shí)現(xiàn)：
1，用權(quán)函數(shù)實(shí)現(xiàn)非局部孔隙率演化
2，提出“交替推進(jìn)”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(jì)算成本更大）
通過(guò)這一套精心設(shè)計(jì)的非局部數(shù)值方案實(shí)現(xiàn)了全局力學(xué)響應(yīng)隨網(wǎng)格細(xì)化明顯趨于網(wǎng)格無(wú)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?jǐn)?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(lèi)型模型通常計(jì)算的開(kāi)銷(xiāo)會(huì)顯著高于局部模型，相對(duì)困難應(yīng)用于工程規(guī)模的計(jì)算，不過(guò)學(xué)術(shù)研究?jī)r(jià)值很高。感興趣的可以繼續(xù)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)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(lèi)。這里顯示按照作者思路編寫(xiě)代碼的實(shí)現(xiàn)效果。
展開(kāi) 
Abaqus中最簡(jiǎn)單的塑性斷裂模型
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(kāi)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(hào)給的應(yīng)力三軸度圖表，這里簡(jiǎn)單地取0.3333。
分析步：為了計(jì)算效率，這里采用顯式分析，時(shí)間為1e-4
顯示分析步
模型：采用一個(gè)正方體C3D8R單元，背面的三個(gè)面施加對(duì)稱(chēng)約束，+Z面給定一個(gè)幅值為1的位移載荷。
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。
注意Fracture和Failure這兩個(gè)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(zhǎng)和聚并形成的微裂紋對(duì)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(gè)材料的完全斷裂。
展開(kāi) 每日文章推薦（十二）
文章名稱(chēng)：《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(gè)適用于延性金屬材料損傷的常見(jiàn)的宏觀損傷模型，即lemaitre模型，由于abaqus顯示分析中沒(méi)有內(nèi)置該本構(gòu)模型，因此使用該模型往往需要進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。而文章對(duì)該模型數(shù)值實(shí)現(xiàn)流程介紹的相對(duì)清晰，很適合想利用lemaitre本構(gòu)對(duì)材料延性失效進(jìn)行分析的研究人員。
這里對(duì)該文章的數(shù)值框架以及分析的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，感興趣的小伙伴可以詳細(xì)閱讀該文獻(xiàn)。
眾所周知，材料的損傷是指由于機(jī)械、熱和化學(xué)載荷而導(dǎo)致的機(jī)械強(qiáng)度的突然退化。在塑性變形下的韌性金屬中，微應(yīng)力在缺陷附近的積累會(huì)導(dǎo)致空洞的成核、生長(zhǎng)和聚結(jié)、宏觀裂紋擴(kuò)展和完全斷裂。目前常用的損傷模型主要分為三類(lèi)：
（1）非耦合損傷模型（特定狀態(tài)變量達(dá)到臨界值時(shí)材料發(fā)生失效，相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。損傷與塑性是非耦合的，英文：abrupt failure criteria（Cockcroft模型））
（2）連續(xù)損傷模型（基于熱力學(xué)和應(yīng)變等效原理，塑性與損傷是完全耦合的，損傷會(huì)引起剛度退化，屈服面的收縮。英文：continuum damage mechanics（lemaitre模型））
（3）細(xì)觀損傷模型（基于空洞形核和生長(zhǎng)的理論研究，孔洞的形核生長(zhǎng)受到塑性變形的影響，同時(shí)空洞體積分?jǐn)?shù)會(huì)影響材料的屈服函數(shù)，其損傷特征具有真實(shí)的物理意義，并被大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)。
展開(kāi) Digimat復(fù)合材料建模平臺(tái)與Abaqus的聯(lián)合使用
對(duì)于基體相的強(qiáng)度失效處理是通過(guò)vumat或者Abaqus自帶的損傷本構(gòu)（brittle damage、ductile damage以及shear damage）去實(shí)現(xiàn)單元失效刪除，以模擬出裂紋在基體中擴(kuò)展的效果，一般情況下考慮基體的塑性損傷比較多。對(duì)于界面相的強(qiáng)度失效處理是在界面相與增強(qiáng)相嵌入0厚度的cohesive單元模擬界面脫粘裂紋，也有部分學(xué)者會(huì)考慮有厚度的界面相，而有厚度的界面相的強(qiáng)度失效處理是與基體相的處理相同。而對(duì)于增強(qiáng)相來(lái)說(shuō)，一般情況下我們不考慮其強(qiáng)度失效，因?yàn)樵趯?shí)際工程應(yīng)用或者科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，很少觀察到增強(qiáng)相的開(kāi)裂，大多數(shù)失效形式是界面脫粘及基體開(kāi)裂。
基體裂紋相互連接形成完整的斷口、初始界面脫膠
言歸正傳，下面簡(jiǎn)單介紹一下Digimat軟件：
Digimat是復(fù)合材料多尺度建模與仿真軟件，能夠?qū)?fù)合材料進(jìn)行微觀和宏觀分析，預(yù)測(cè)其表現(xiàn)并計(jì)算其機(jī)械、熱及電氣特性。DIGIMAT共由六個(gè)模塊組成，它們之間的數(shù)據(jù)可以相互傳遞，同時(shí)也可以方便地將計(jì)算結(jié)果及前處理模型導(dǎo)入到通用有限元軟件(ABAQUS、ANSYS、MARC、LS-DYNA)中進(jìn)行深入分析。六個(gè)模塊依次為：
1.DIGIMAT-MF
DIGIMAT-MF是通過(guò)均勻化方法快速準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)復(fù)合材料的非線性行為。這一模塊基于單胞理論，即將復(fù)合材料劃分至最小單元，分別定義基體、增強(qiáng)體等材料的結(jié)構(gòu)性能以及增強(qiáng)體含量，結(jié)合相關(guān)材料模型（如Drucker-prager模型等）計(jì)算復(fù)合材料機(jī)械性能等。
2.DIGIMAT-FE
DIGIMAT-FE是通過(guò)代表性單元體（RVE）法準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)復(fù)合材料的局部或整體非線性行為。基于此模塊，可以創(chuàng)建復(fù)雜的材料3D微觀尺度模型，并賦予結(jié)構(gòu)性能以及相關(guān)載荷，結(jié)合商用有限元軟件ABAQUS等可精確實(shí)現(xiàn)基于細(xì)觀層次的復(fù)合材料及其各組分在外界載荷下的相應(yīng)歷程。
展開(kāi) ductile metal 延性金屬的損傷模擬-ABAQUS例子
損傷起始準(zhǔn)則介紹
Damage initiation for ductile metals（損傷起始準(zhǔn)則）
includes ductile, shear, forming limit diagram (FLD), forming limit stress diagram (FLSD) and Müschenborn-Sonne forming limit diagram (MSFLD) criteria for damage initiation;
includes in Abaqus/Explicit the Marciniak-Kuczynski (M-K) and Johnson-Cook criteria for damage initiation;
can be used in Abaqus/Explicit in conjunction with Mises and Johnson-Cook plasticity (ductile, shear, FLD, FLSD, MSFLD, Johnson-Cook, and MK criteria)
and in conjunction with Hill and Drucker-Prager plasticity (ductile, shear, FLD, FLSD, MSFLD, and Johnson-Cook criteria).
展開(kāi) #ABAQUS圍線積分+網(wǎng)格重劃分--模擬裂紋任意路徑擴(kuò)展
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</div><p>前面的帖子已經(jīng)介紹過(guò)在ABAQUS中模擬裂紋都有哪些技術(shù)，事實(shí)上，目前各大商業(yè)軟件對(duì)于裂紋擴(kuò)展的模擬還是有很多很多限制的，更不要說(shuō)模擬裂紋的任意路徑擴(kuò)展了，截止目前，分析裂紋任意路徑擴(kuò)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(dá)到失效的單元會(huì)被刪除；</p><p> 例如：brittle cracking、ductile damage等</p><p>2 使用ABAQUS自帶的擴(kuò)展有限單元法xfem模擬裂紋任意路徑擴(kuò)展，裂紋可以穿過(guò)單元；</p><p> 例如：基于LEFM或者粘性片段法的xfem</p><p>3 在實(shí)體單元間批量插入cohesive單元模擬裂紋的任意路徑擴(kuò)展；</p><p> 例如：在所有實(shí)體單元間批量插入cohesive單元</p><p>4 使用圍線積分+網(wǎng)格重新劃分模擬裂紋的任意路徑擴(kuò)展；</p><p> 例如：自己編程實(shí)現(xiàn)圍線積分+網(wǎng)格重新劃分，或者franc2d/3d，zencrack3d，ALOF，adapcrack等</p><p>********</p><p>前三種其實(shí)目前用的比較多，各種例子視頻講解都有，但是對(duì)于第四種方法，往往由于使用起來(lái)太復(fù)雜被大家所拋棄，下面我們就重點(diǎn)講解一下這種方法，為大家提供一種思路，有興趣的可以自己使用python二次開(kāi)發(fā)來(lái)完成。
展開(kāi) 高溫模擬下冰塊的熱傳遞和融化過(guò)程 ￥19.89
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(qiáng)復(fù)合材料的損傷模擬；
Mullins Effect: 用于超彈性材料的損傷模擬；
CDP：混凝土塑性損傷模型。
同時(shí)用戶還可以根據(jù)自己的需求，自定義材料子程序（UMAT/VUMAT），設(shè)計(jì)個(gè)性化的損傷材料模型。
在研究生課題組中，有項(xiàng)目方向是做液體流動(dòng)遷移擴(kuò)散仿真，故考慮ABAQUS是否能夠進(jìn)行液體性質(zhì)模擬。
本作業(yè)主要應(yīng)用Umeshmotion子程序模擬高溫下冰塊的熱傳遞和融化過(guò)程。在此之前，我們?cè)谡n堂上學(xué)習(xí)過(guò)支架的線性靜力分析、壓力容器內(nèi)壓靜力分析、含切口板材單軸拉伸模擬、罐與接管的熱分析、基體上薄膜脫粘分析等，結(jié)合這些基礎(chǔ)，通過(guò)設(shè)定材料屬性，使用ALE自適應(yīng)網(wǎng)格控制，調(diào)用Umeshmotion子程序，來(lái)模擬高溫下冰塊的熱傳遞和融化過(guò)程。ABAQUS的Umeshmotion利用自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)在計(jì)算過(guò)程中自動(dòng)調(diào)整節(jié)點(diǎn)位置，由此可進(jìn)行燒蝕、磨損等涉及節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的模型仿真。
在ABAQUS中利用此可進(jìn)行以下探究（本文僅進(jìn)行案例復(fù)刻及一些改變）：
熱傳遞機(jī)制的模擬：在高溫環(huán)境下，模擬冰塊內(nèi)部的熱傳遞機(jī)制，包括傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。ABAQUS提供了多種材料模型和邊界條件來(lái)模擬這些熱傳遞過(guò)程。例如，通過(guò)定義材料的熱導(dǎo)率、比熱容和熱膨脹系數(shù)，以及設(shè)置對(duì)流換熱系數(shù)和輻射參數(shù)，可以模擬冰塊在高溫環(huán)境中的熱響應(yīng)。
展開(kāi) Ductile Damage的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
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