準(zhǔn)則
關(guān)注創(chuàng)建者：北鳶離夢(mèng) 創(chuàng)建時(shí)間：2021-01-05
準(zhǔn)則的視頻教程
1小時(shí)運(yùn)用Tsai-Wu準(zhǔn)則-從理論到Abaqus實(shí)戰(zhàn)全解析
本課程第一節(jié)課詳細(xì)介紹了Tsai-wu準(zhǔn)則的特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)景，以及材料滿足Tsai-Wu準(zhǔn)則后剛度折減規(guī)則（這是幾乎所有中文論壇上關(guān)于Tsai-wu準(zhǔn)則的帖子沒有討論的）；第二節(jié)課用帶孔平板的案例，介紹了Tsai-wu準(zhǔn)則的實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用。
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Larc05纖維增強(qiáng)復(fù)合材料失效準(zhǔn)則ABAQUS
在眾多復(fù)合材料宏觀強(qiáng)度準(zhǔn)則中, LaRC準(zhǔn)則從復(fù)合材料失效機(jī)制出發(fā),建立多個(gè)應(yīng)力與強(qiáng)度的關(guān)系式來描述材料不同損傷模式的失效行為。本課程介紹了LaRC05強(qiáng)度準(zhǔn)則及其在Abaqus有限元分析中的應(yīng)用及操作。
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基于abaqus_VUMAT建立三維Hashin失效準(zhǔn)則的復(fù)合材料拉伸模型
課程主要內(nèi)容 (1) VUMAT整體講解 (2) 三維Hashin子程序逐行講解，包括初始失效準(zhǔn)則，剛度退化，單元?jiǎng)h除 (3) 單軸模型的建立與結(jié)果分析，根據(jù)結(jié)果改進(jìn)子程序 (4) abaqus自帶的二維Hashin失效準(zhǔn)則與模型的建立 (5) 三維Hashin的VUMAT與abaqus自帶的二維Hashin失效準(zhǔn)則對(duì)比與分析 (6) 基于三維Hashin建立不同鋪層角度的層合板
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準(zhǔn)則的實(shí)例教程
較之于原版的Tsai-Wu準(zhǔn)則，該理性化了的Tsai-Wu準(zhǔn)則無論是在二維應(yīng)力狀態(tài)下還是在三維應(yīng)力狀態(tài)下，僅需要上述五個(gè)強(qiáng)度常數(shù)，這顯然更簡(jiǎn)單、更易于使用。那么，何樂而不為呢？
值得強(qiáng)調(diào)的是，上述的兩個(gè)條件，即交叉項(xiàng)系數(shù)
和橫向的剪切強(qiáng)度
的同時(shí)引入，確保了Tsai-Wu準(zhǔn)則的自洽性。這就是對(duì)Tsai-Wu準(zhǔn)則的理性化。
作為對(duì)理性化后的Tsai-Wu準(zhǔn)則的自洽性的一個(gè)驗(yàn)證，它可以無縫地退化到廣為接受的、適用于各向同性材料的破壞準(zhǔn)則，如Raghava-Caddell-Yeh準(zhǔn)則和von Mises準(zhǔn)則。
如果應(yīng)力限于面內(nèi)的平面應(yīng)力狀態(tài)，那么，理性化后的Tsai-Wu準(zhǔn)則與其原來的形式也完全相同，即：
這也解釋了為什么原來的Tsai-Wu準(zhǔn)則在二維應(yīng)力狀態(tài)下比較靠譜。
破壞包絡(luò)面的形態(tài)在原來的Tsai-Wu準(zhǔn)則中，其實(shí)是不確定的，認(rèn)為破壞包絡(luò)面封閉，那是從有限強(qiáng)度的假設(shè)得出的一個(gè)一廂情愿的觀念，缺乏充分的數(shù)學(xué)依據(jù)。所謂有限強(qiáng)度的假設(shè)，其本身，既不必要也不充分，事實(shí)上，各向同性材料，作為橫觀各向同性材料的一個(gè)特例，其在靜水壓力下的強(qiáng)度通常都認(rèn)為是無限的。破壞包絡(luò)面的形態(tài)在原來的Tsai-Wu準(zhǔn)則中的不確定性，可以從如下的簡(jiǎn)單例子充分展示。因?yàn)闄M觀各向同性的條件的利用，即便應(yīng)力狀態(tài)僅涉及材料主軸方向的正應(yīng)力，破壞包絡(luò)面也與橫向剪切強(qiáng)度有關(guān)。
展開 強(qiáng)度理論及強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一般性總結(jié)
強(qiáng)度理論表達(dá)了對(duì)材料破壞現(xiàn)象的各種分析假設(shè)。材料的破壞可以分為脆斷破壞和屈服破壞兩種形式，材料在斷裂前沒有明顯的塑性變形稱為脆斷破壞，材料在斷裂前有明顯的塑性變形稱為屈服破壞；但是材料危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可能是單向、雙向或者三向的，因此材料產(chǎn)生何種形式的破壞，和其應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。
工程設(shè)計(jì)中，對(duì)于靜強(qiáng)度分析來講，我們常用的強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一般有以下幾種：斷裂準(zhǔn)則、屈服準(zhǔn)則、莫爾準(zhǔn)則。
斷裂準(zhǔn)則：無裂紋體的斷裂準(zhǔn)則---最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則；帶裂紋體的斷裂準(zhǔn)則—線性斷裂力學(xué)準(zhǔn)則。
屈服準(zhǔn)則：最大剪應(yīng)力準(zhǔn)則；形狀改變比能準(zhǔn)則。
莫爾準(zhǔn)則：適用于拉壓強(qiáng)度不相等的材料。
1最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則
最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則是指無能材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)，只要最大拉應(yīng)力達(dá)到極限值，材料發(fā)生脆性斷裂。該準(zhǔn)則適用于脆性材料的拉、扭，一般材料的三向拉伸等。
失效依據(jù)：
設(shè)計(jì)要求：
2線性斷裂力學(xué)準(zhǔn)則
該準(zhǔn)則適用于韌行材料脆性斷裂。由于裂紋尖端存在應(yīng)力集中，在應(yīng)力集中區(qū)域處于三向拉伸的應(yīng)力狀態(tài)，此時(shí)材料可能發(fā)生脆性斷裂。
設(shè)計(jì)要求：應(yīng)力強(qiáng)度因子低于材料的斷裂韌性(通常由實(shí)驗(yàn)確定)，即
3最大剪應(yīng)力準(zhǔn)則
最大剪應(yīng)力準(zhǔn)則是指無論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)，只要最大剪應(yīng)力達(dá)到極限值，材料就發(fā)生屈服破壞。該準(zhǔn)則適用于塑性材料屈服破壞以及一般材料三向受壓情況下。
失效依據(jù)：
設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：
4形狀改變比能準(zhǔn)則
最大剪應(yīng)力準(zhǔn)則是指無論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)，只要形狀改變比能達(dá)到極限值，材料就發(fā)生屈服破壞。準(zhǔn)則適用于塑性材料屈服破壞以及一般材料三向受壓情況下。
展開 （物理標(biāo)準(zhǔn)主要是基于制定的一些物理量的值是否達(dá)到臨界值而進(jìn)行判斷的，主要有基于等效塑性應(yīng)變準(zhǔn)則、基于應(yīng)變能密度準(zhǔn)則、斷裂應(yīng)力準(zhǔn)則等[5]）。
Carroll和Strenkowski使用了等效塑性應(yīng)變作為物理分離準(zhǔn)則的標(biāo)準(zhǔn)，在一些有限元軟件中該標(biāo)準(zhǔn)的演化得到了應(yīng)用， ABAQUS/Explicit中的剪切失效準(zhǔn)則 (shear failure)就是這樣一種物理準(zhǔn)則，它根據(jù)單元積分點(diǎn)處的等效塑性應(yīng)變值是否到達(dá)預(yù)設(shè)值來判斷材料是否失效[1]。
缺點(diǎn)：
采用物理準(zhǔn)則使切削的有限元模擬更接近實(shí)際情況，但在實(shí)際的有限元模擬中，當(dāng)?shù)都膺_(dá)到應(yīng)該分離的節(jié)點(diǎn)時(shí)，該點(diǎn)的物理值并沒有達(dá)到所給定的物理標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致切屑在該點(diǎn)并沒有分離[5]。很難在有限軟件中實(shí)現(xiàn)[3]。
幾何標(biāo)準(zhǔn)的模型雖然簡(jiǎn)單，但是由于它不是基于切屑分離的物理?xiàng)l件，所以使用幾何標(biāo)準(zhǔn)很難找到一種通用的臨界值，以適應(yīng)切削加工中不同的材料以及不同的加工工藝[2]。難以反映切屑分離過程中的力學(xué)和物理現(xiàn)象[3]。
為了克服物理準(zhǔn)則和幾何準(zhǔn)則的缺點(diǎn)，又有學(xué)者提出幾何-應(yīng)力切屑分離準(zhǔn)則。該準(zhǔn)則以物理準(zhǔn)則為主要判斷依據(jù)，但當(dāng)?shù)都饨咏蛛x點(diǎn)并小于給定的幾何值時(shí)，可以強(qiáng)迫結(jié)點(diǎn)分離[2]。標(biāo)準(zhǔn)如下[3]：
。
Johnson-Cook剪切失效準(zhǔn)則提供了材料到達(dá)失效點(diǎn)時(shí)等效塑性應(yīng)變的計(jì)算方法，特別適用于金屬的高應(yīng)變率變形，因此本研究采用了Johnson-Cook剪切失效準(zhǔn)則作為刀屑分離的物理準(zhǔn)則，同時(shí)采用了ALE方法進(jìn)行刀屑分離[1]。
三、材料斷裂模型
在有限元模擬時(shí)，切屑形狀的成形除了受刀屑分離準(zhǔn)則的影響，同時(shí)受材料斷裂模型的影響，尤其是單元切屑和鋸齒狀切削的形成由材料的斷裂模型來實(shí)現(xiàn)。
展開 圖 13 是采用 MJC-cutoff 斷裂準(zhǔn)則預(yù)測(cè)的靶板失效模式，可以發(fā) 現(xiàn)，靶板無裂紋產(chǎn)生并且剪切沖塞完整，從而驗(yàn)證 了此改進(jìn)方法的有效性。
圖 14 給出了兩種斷裂準(zhǔn)則預(yù)測(cè)的靶板在半球 形頭彈體沖擊下的裂紋擴(kuò)展路徑，WMJC 斷裂準(zhǔn)則 預(yù)測(cè)的裂紋路徑是傾斜的，而 MJC 斷裂準(zhǔn)則預(yù)測(cè)的 裂紋路徑卻是豎直的，圖中 SDV5 代表單元損傷程 度 D(SDV5=0 表示單元未發(fā)生損傷，SDV5=1 表示 單元完全失效)。選取失效單元裂紋路徑上的頂部、中部和底部失效單元進(jìn)行應(yīng)力狀態(tài)分析，提取各單 元的應(yīng)力特征參數(shù)-時(shí)間歷程曲線，如圖 15 所示。 對(duì)比三個(gè)位置失效單元的時(shí)間可以發(fā)現(xiàn)，裂紋首先 從靶板背部開始，隨后擴(kuò)展到靶板中部，直至到靶 板正面結(jié)束；并且，MJC 斷裂準(zhǔn)則預(yù)測(cè)出各位置失 效單元的斷裂時(shí)刻明顯要晚于 WMJC 準(zhǔn)則預(yù)測(cè)的， 這也說明 MJC 斷裂準(zhǔn)則預(yù)測(cè)的材料斷裂應(yīng)變更高。 對(duì)于靶板底部的失效單元來說，兩種斷裂準(zhǔn)則 預(yù)測(cè)出的η D 和θ D 都分別在 0.6 和?0.4 附近，說明靶 板背部斷裂主要由雙軸拉伸應(yīng)力造成，但 MJC 準(zhǔn)則 預(yù)測(cè)的靶板背部開裂直徑明顯更大。而兩者預(yù)測(cè)的 中部失效單元的應(yīng)力狀態(tài)有很大區(qū)別，即 MJC 斷裂 準(zhǔn)則預(yù)測(cè)的單元失效主要是由三軸拉伸應(yīng)力狀態(tài) (η D >2/3)引起，而 WMJC 斷裂準(zhǔn)則預(yù)測(cè)的單元失效 是由純剪切應(yīng)力導(dǎo)致(η D ≈0, θ D ≈0)。對(duì)于頂部失效 單元，WMJC 斷裂準(zhǔn)則預(yù)測(cè)的單元發(fā)生剪切斷裂， 而 MJC 斷裂準(zhǔn)則預(yù)測(cè)的單元失效是由平面應(yīng)變拉 伸應(yīng)力造成(η D ≈0.47, θ D ≈0)。兩種斷裂準(zhǔn)則預(yù)測(cè)靶 板斷裂機(jī)理的差異，主要由以下方面引起。
展開 有很多同學(xué)在Abaqus中自己開發(fā)Tsai-Wu或Tsai-Hill準(zhǔn)則相關(guān)的子程序的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)失效判斷相關(guān)的計(jì)算結(jié)果和Abaqus自帶的結(jié)果有差異。主要原因有可能是自己開發(fā)的子程序輸出的變量和Abaqus自帶的輸出變量有可能是不同的。接下來給大家解釋一下Abaqus中有關(guān)失效準(zhǔn)則的輸出變量定義問題。
Abaqus中自帶的最大應(yīng)力準(zhǔn)則、Tsai-Hill準(zhǔn)則、Tsai-Wu準(zhǔn)則等，都是基于應(yīng)力的失效理論，每個(gè)基于應(yīng)力的失效理論其實(shí)都定義了三維空間中的失效包絡(luò)面或者或二維平面中的失效包絡(luò)線。只要應(yīng)力狀態(tài)在該包絡(luò)面（包絡(luò)線）上或其外，就會(huì)發(fā)生失效。
我們先回顧一下Abaqus中幾種常見的二維失效準(zhǔn)則的表達(dá)式。
最大應(yīng)力準(zhǔn)則：
Tsai-Hill準(zhǔn)則：
Tsai-Wu準(zhǔn)則：
在設(shè)定表征相應(yīng)失效準(zhǔn)則的輸出變量時(shí)，一般會(huì)有兩種方法：
1.直接輸出判據(jù)因子IF
這種在我們自己寫子程序的時(shí)候用的比較多。
（1）最大應(yīng)力準(zhǔn)則：
（2）Tsai-Hill準(zhǔn)則：
（3）Tsai-Wu準(zhǔn)則：
2. 以應(yīng)力的比例因子R的形式輸出
這種形式在商業(yè)軟件中應(yīng)用的比較多，R用于表征給定的應(yīng)力狀態(tài)與失效包絡(luò)面的接近程度。R實(shí)際上是一個(gè)比例因子。比如，對(duì)于一個(gè)給定的應(yīng)力狀態(tài)，R的定義如下：
（1）最大應(yīng)力準(zhǔn)則：
對(duì)于最大應(yīng)力準(zhǔn)則來講，應(yīng)力分量需要乘以1/R這樣一個(gè)比例因子才能落在失效包絡(luò)面上。如果R＜1表示應(yīng)力狀態(tài)在失效面內(nèi)，如果R≥1則表示失效。對(duì)于最大應(yīng)力準(zhǔn)則來講，恰好R=IF。
但對(duì)于Tsai-Hill或Tsai-Wu這樣的二次應(yīng)力準(zhǔn)則來講，R和IF就不相同了。
展開 
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文件《建筑設(shè)計(jì)環(huán)境準(zhǔn)則》明確要求建筑方案階段需進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)估，涵蓋風(fēng)環(huán)境對(duì)行人安全、能耗、自然通風(fēng)的影響分析，并需提出優(yōu)化措施，同時(shí)強(qiáng)調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)，要求通過仿真優(yōu)化建筑布局降低熱島效應(yīng)，提升室外風(fēng)舒適性。
作者使用滑移傳遞準(zhǔn)則來判斷一個(gè)滑移系上的位錯(cuò)是否容易穿過晶界進(jìn)入相鄰晶粒。簡(jiǎn)單來說，如果入射晶粒中的滑移方向和相鄰晶粒中的某個(gè)出射滑移方向比較匹配，同時(shí)兩側(cè)滑移面在晶界上的跡線也比較匹配，那么這個(gè)晶界對(duì)該滑移系就是“比較通透”的；反之，它就更像一個(gè)強(qiáng)障礙。
于是，晶界不再只是一個(gè)統(tǒng)一的強(qiáng)化層，而變成了一個(gè)和晶界取向、兩側(cè)晶粒取向、入射滑移系、出射滑移系都有關(guān)的局部障礙。
*復(fù)合材料損傷 MAT_054 (MAT_ENHANCED_COMPOSITE_DAMAGE)： 針對(duì)碳纖維層合板（CFRP），MAT_054利用Chang-Chang失效準(zhǔn)則分別判斷基體與纖維的拉壓破壞。由于復(fù)合材料的極度脆性，單元失效極易引發(fā)應(yīng)力波的虛假反射。
層間損傷演化為二次應(yīng)力準(zhǔn)則與 B?K 混合模式能量準(zhǔn)則。這些參數(shù)構(gòu)成插件中 T700 材料數(shù)據(jù)庫的核心。</p><p class="ql-align-justify"><strong style="color: rgb(61, 167, 66);">1.3.
（五）時(shí)效穩(wěn)定與二次復(fù)核
灌漿養(yǎng)護(hù)完成后，將平臺(tái)靜置24小時(shí)，進(jìn)行時(shí)效穩(wěn)定處理，消除安裝過程中產(chǎn)生的應(yīng)力；隨后再次用高精度水平儀復(fù)核水平度和平整度，確認(rèn)無偏移后，鎖定全部地腳螺栓，確保平臺(tái)精度穩(wěn)定。
（六）模塊化拼接（如需）
多塊平臺(tái)拼接時(shí)，先對(duì)齊拼接面，用定位銷固定，再整體校正水平；拼接處縫隙需≤0.02mm，避免影響臺(tái)面連續(xù)性；拼接完成后，整體復(fù)測(cè)水平度、平面度，確保拼接后平臺(tái)整體精度達(dá)標(biāo)
確認(rèn)度量（Validation Metrics）
將仿真與試驗(yàn)數(shù)據(jù)定量對(duì)比：
相對(duì)誤差：試驗(yàn)值∣仿真值?試驗(yàn)值∣×100%
均方根誤差（RMSE）：n∑(仿真值?試驗(yàn)值)2
相關(guān)系數(shù)：衡量變化趨勢(shì)一致性
MAC值（模態(tài)置信準(zhǔn)則）：模態(tài)分析結(jié)果對(duì)比，判斷振型相關(guān)性
三、計(jì)算特點(diǎn)總結(jié)
V&V 工作流對(duì)計(jì)算資源的消耗模式，與普通"跑一次仿真"截然不同：
內(nèi)部精度準(zhǔn)則控制兩種算法中哪一種使用在哪個(gè)橫向位置。
摘要
變速處理后疲勞裂紋擴(kuò)展測(cè)試演示及裂紋形貌圖
03
為仿真提供真實(shí)世界的數(shù)據(jù)輸入
理論中的“斷裂內(nèi)聚長(zhǎng)度”概念，可用于研究橡膠復(fù)合材料的損傷準(zhǔn)則、評(píng)估材料的缺陷敏感程度。
模態(tài)綜合法通過剛?cè)崤袆e準(zhǔn)則選取對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)貢獻(xiàn)顯著的低階模態(tài)，將物理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為模態(tài)坐標(biāo)，從而有效降低系統(tǒng)自由度；隨后，將降階后的柔性體模型與剛性部件通過運(yùn)動(dòng)副連接，建立完整的剛?cè)狁詈隙囿w系統(tǒng)模型。該方法在保證計(jì)算精度的同時(shí)顯著提高了仿真效率，其基本流程如圖1所示。
鍵基 PD 理論基礎(chǔ)：嚴(yán)格遵循 BBPD 理論，涵蓋近場(chǎng)半徑（Horizon）確定、微模量計(jì)算及斷裂準(zhǔn)則。
單軸壓縮工況：預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的單軸壓縮邊界條件，模擬材料在受壓狀態(tài)下的損傷演化。
應(yīng)力應(yīng)變曲線計(jì)算：通過反力計(jì)算試樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線。
