abaqus 斷裂準則的案例
Abaqus復合材料3D Hashin失效準則，脆性斷裂-Vumat
對于纖維增強復合材料的模擬，在ABAQUS中，集成了二維Hashin失效準則與多種損傷演化準則，但缺少三維的復合材料本構模型。
參考已有的3Dhashin失效準則編寫復合材料脆性斷裂子程序。
首先介紹該子程序的使用方法
1.在ABAQUS中建立三維復合材料模型，這里建立一個簡單的方塊。1,2方向分別表示絲束的方向，3方向表示垂直于1，2的方向，也就是面外方向。
2.建立材料屬性（圖片中材料參數為假設值）
表1 16個參數對應含義
1
2
3
4
5
6
7
8
E11
E22
E33
G12
G13
G23
U12
U13
9
10
11
12
13
14
15
16
U23
1方向拉伸強度
1方向壓縮強度
2方向拉伸強度
2方向壓縮強度
12方向剪切強度
13方向剪切強度
23方向剪切強度
3.建立顯示Explicit計算時間步，在場變量中勾選輸出 SDV和 STATUS.
4.劃分網格，賦給Explicit 3D stress單元類型，邊界條件根據需要設定即可。此處劃分為一個單元，單向加載。建立Job，提交模型前在Job中選擇該子程序，進行計算。
5.查看結果，滿足失效準則后無承載，單元被刪除。
子程序輸出的state1-6為儲存的應變（順序為11 22 33 12 23 13），state7為單元刪除變量，state8-11為Hashin失效判斷系數（0~1）。
接下來簡要介紹該子程序的相關理論
彈性階段總應力與總彈性應變之間的關系為
式中，σ是柯西應力，S0是柔度矩陣，ε是彈性應變。
展開 Lode角相關斷裂準則如何在abaqus中使用 ￥100
采用表格法，使得Lode角相關斷裂準則在abaqus中的應用。
【螺栓斷裂】Abaqus韌性損傷與剪切損傷準則---{ 問題答疑 +工程案例 + 模型文件 } ￥99.9
Abaqus中韌性金屬失效分析需要定義c點的損傷初始化準則，以及cd段的損傷演化（損傷后材料剛度退化路徑）。材料軟化后可持續承載，直到達到d點，材料失效，失去承載能力。
圖1-韌性金屬的全載荷區間應力-應變曲線
圖2-韌性金屬的損傷準則
ABAQUS為韌性金屬提供不同的損傷初始化準則，大致分為兩種類型：
金屬裂紋的損傷初始化準則，包括韌性準則（ductile damage、Johnson-Cook damage）和剪切準則（shear damage）。也就是圖2中紅框內的三個準則，它們都屬于金屬承載后產生裂紋的準則。
金屬板的徑縮不穩定損傷初始化準則，包括幾種成形極限圖，用于評估鈑金件的可成形性。也就是紅框外的幾個準則，不在本文討論范圍。
圖3-漸進損傷失效分類【摘自Abaqus材料本構模型導圖，完整版鏈接】
····································常見問題解答····································
······Q1: 韌性準則和剪切準則有何不同？
······A1: 韌性金屬開裂有兩種主要機理，基于唯象觀察，仿真模擬這兩種機理時用到不同的損傷起始準則（hooputra2004）：
機理1，由于內部（微裂紋）的成核、生長和孔隙的聚集產生的韌性斷裂，這種情況下ductile damage、Johnson-Cook damage兩種韌性準則是適用的，常見于拉伸工況。
圖4-機理1韌性斷裂
機理2，由于剪力帶局部化產生的剪切斷裂，這時shear damage比較適合，常見于剪切工況。
展開 abaqus損傷準則總結
ABAQUS中有四種初始斷裂準則:
在高應變速率下變形時，有shear failure和tensile failure（旋壓用不到，不再介紹）
對于斷裂延性金屬：可以選用A:韌性準則（ductile criteria）和B:剪切準則（shear criteria）
對于縮頸不穩定性可以使用（鈑金）：C: FLD、FLSD、M-K以及MSFLD
對于鋁合金、鎂合金以及高強鋼在變形過程中會出現不同機制的斷裂，可能會將以上準則聯合起來進行使用。
損傷的感念如下圖所示：
1. 韌性斷裂準則
1.1 ABAQUS中提供的韌性斷裂準則需要輸入的參數為：
斷裂應變；應力三軸度；應變速率
要測量不同應力三軸度下的斷裂應變需要進行大量的實驗，這是不可取的。
Hooputra et al,2004通過實驗和理論推導得到了在定應變速率下，斷裂應變和應力三軸度的關系：
SIMUWE論壇中的建議：
這個應該通過單軸拉伸實驗、壓縮實驗和純剪切實驗。各測得各自的應變量。 應力三軸度拉伸是0.33，壓縮是-0.33，純剪切時0。實驗好做。
方程求解后，就可以得到（不同溫度、不同應變速率下）不同三軸應力對應的斷裂初始時的等效塑性應變。
例子中提供的斷裂應變和應力三軸度的關系如下圖所示，材料為7018鋁合金，T6態：
展開 
有限元分析方法和材料斷裂準則
Elbestawi和El-Wardanylsl應用斷裂力學理論對高速切削中工件材料裂紋萌生和擴展方向進行了預測，指出當工件材料自由表面的能量達到某一臨界值時，裂紋開始產生，并沿著應變能密度最小的方向不斷擴展，進而造成材料的斷裂。
目前用來進行高速切削有限元模擬的斷裂準則有Rice&Tracy準則、Brozz準則、Cockroft&Latham準則、MeClintock準則和Freudenthal準則。大量研究者采用Cockroft&Latham準則，該準則是從能量角度建立的，通過高溫拉伸試驗計算出斷裂塑性能，并同金屬材料變形斷裂所需的能量建立映射關系，將其作為判斷金屬材料延性斷裂的臨界能量值。
考慮到高速切削的特點，塑性應變對工件材料失效斷裂起重要影響，ABAQUS/Explicit里定義材料屬性時可在材料編輯(Edit Material)選用Johnson-Cook斷裂應變模型，該模型(見公式 (3.7)、(3.8))提供了材料到達失效點時等效塑性應變的計算方法。
本研究選用了Johnson-Cook強度模型為材料的本構模型，選用了Johnson-Cook剪切失效準則為刀屑分離準則，同樣采用了Johnson-Cook斷裂應變模型為材料的斷裂模型。
ABAQUS Explicit里的 adaptive mesh采用了ALE技術。剪切失效準則和Johnson-Cook斷裂應變模型一起應用就能動態的判斷材料的失效并達到工件與切屑的分離。
展開 基于不同斷裂準則的 6061-T651 鋁合金板抗沖擊性能數值仿真研究
因此，很多學者都致力于尋找一個更為 合適的斷裂準則以提高數值仿真結果的精度[5]。過 去幾十年，基于大量試驗數據驗證的引入應力三軸 度影響的 JC(Johnson Cook)斷裂準則在模擬高速沖 擊下金屬的失效形式和彈道性能時，能取得不錯的 預報精度[6-7]。然而，近些年一些學者從宏觀和微觀 層面都發現[8-9]，材料的斷裂應變不僅與應力三軸度 有關，還受 Lode 角的影響。對此，XIAO 等[10-12] 和 DENG 等[13-14]分別采用 Lode 角相關的斷裂準則 和 Lode 角無關的 JC 斷裂準則，進行了延性金屬抗 沖擊性能的數值仿真研究，對比發現，將 Lode 角引 入斷裂準則確實能提升某些金屬材料的仿真精度， 且 Lode 角對仿真結果的影響程度似乎與靶材延性、 彈體頭部形狀以及靶板厚度等因素有一定的關聯。 但是，目前對這兩類斷裂準則的對比研究多集中于 宏觀的彈道極限和失效模式層面，缺少微觀層面上 的斷裂準則影響機理分析。 為能夠在較為寬泛的應力狀態區間內進行斷裂 準則的影響機理分析，分別采用 Lode 角相關的 WMJC(Wen Mahmoud combined with Johnson Cook) 斷裂準則和 Lode 角無關的 MJC(Modified Johnson Cook)斷裂準則，開展了不同頭部形狀彈體沖擊 6061-T651 鋁合金板的數值仿真研究。基于靶板失 效單元的應力狀態分析，揭示斷裂準則對數值仿真 結果的影響機制，并針對已有問題提出一些有效的 解決措施。
1 彈體沖擊靶板數值仿真模型建立
1.1 彈體沖擊靶板有限元模型
利用 ABAQUS/Explicit 軟件建立彈體沖擊靶板 的三維有限元模型，將彈體設置為剛體，彈體尺寸 如圖 1 所示。
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。
第二章 abaqus分析收斂準則
abaqus分析收斂準則（外文書籍翻譯）.pdf
原文書籍：Troubleshooting Finite-Element Modeling with Abaqus With Application in Structural Engineering Analysis by Raphael Jean Boulbes (z-lib.org)
第二章 abaqus分析收斂準則
2.1 收斂問題的癥狀
收斂問題是與工程設計相關的一個典型的分析問題，涉及撓度、位移、應力、固有頻率、溫度分布等的預測。這些參數用于迭代材質參數和/或幾何體以優化其行為。傳統的方法，如手工計算，涉及理想化的物理模型使用簡單的方程來獲得解決方案。然而，這些近似使問題過于簡單化，而解析解只能提供保守估計。或者，有限元法和其他數值方法旨在提供一個考慮到更多細節的工程分析，這對于手工計算是不實際的。有限元法將物體分割成小塊，使位移沿這些單元邊界連續。對于那些使用有限元分析的人，通常使用收斂項。大多數線性問題不需要迭代求解過程。網格收斂是一個重要問題另外，還有在迭代過程中也需要考慮收斂性。在本節中，將調查收斂性問題并解決與此術語相關的問題。首先，要識別大多數收斂問題的癥狀，可以在消息文件（.msg）擴展名中找到。此外，.dat和（.sta）文件也可能包含問題的癥狀。有一些共同的信息可能表明收斂問題在求解有限元模型時造成數值困難。
展開 Abaqus內置LaRC05失效準則子程序介紹 ￥9.9
LaRC05準則是NASA蘭利研究中心關于復合材料強度計算的理論。其吸收了Puck準則中關于基體失效的預測方法，并提出Kinking模型來描述纖維壓縮失效的起始。還考慮了就位強度、材料非線性等復雜問題近年來受到廣泛關注。
纖維拉伸失效
纖維壓縮失效
當|σ1|≤|Xc/2|時，為纖維的splitting模式，當|σ1|>|Xc/2|時，為纖維的kinking模式。
基體失效
式中，<x>=(x+|x|)/2;
Kink角度Ψ為0-180度內使失效系數最大的值。
Abaqus從2017版本開始，內置了UVARM和DMGINI兩種子程序供用戶調用。UVARM子程序需要以“ABQ_LARC05_DMGCRT”作為材料名的前綴，可以用來評估是否滿足LaRC05強度指標；DMGINI子程序需要以“ABQ_LARC05_DMGINI”作為材料名前綴，可以結合XFEM來分析裂紋萌生和擴展。
在abaqus中可以通過修改關鍵字來進行模型設置
UVARM設置
DMGINI設置
輸出變量的含義
計算結果
[1].Pinho, S.T., et al., Material and structural response of polymer-matrix fibre-reinforced composites. Journal of Composite Materials, 2012. 46(19-20): p. 2313-2341.
[2].Pinho, S.T., G.M. Vyas and P. Robinson, Material and structural response of polymer-matrix fibre-reinforced composites: Part B.
展開 abaqus幾種材料破壞準則的設定
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則以及達到破壞準則之后的應力應變路線。
這個針對ductile material主要有兩種準則可以定義。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生孔隙，持續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 的成型的準則。這個準則主要就是有最大主應變跟最小主應變來去作為它判斷的依據。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力應變圖來看。
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則。那如果沒有達到還沒有達到準則的話，就會持續的往后發展。在plastic里面，如果在塑性段的某一個點做了unloading之后，材料的應力會沿著一直斜率下降，在這里面是把這一段的應變定為塑性應變。但是如果在damage 準則里再發生破壞，這個點他回退回來的這個點，我們將這一段的應變稱為fracture strain。
在達到破壞準則之后，所走的路徑叫做damage response。在abaqus里面就叫做damage evolution。
展開 ABAQUS斷裂與疲勞理論與案例實施 ￥20
<div contenteditable="false" width="100%">2024 年 8 月出版</div><div contenteditable="false" width="100%">MP4 |視頻：h264、1280×720 |音頻：AAC，44.1 KHz，2</div><div contenteditable="false" width="100%">通道 類型：在線學習 |語言： 英語 |持續時間： 28 講座 （ 2h 58m ） |大小： 1.7 GB</div><div contenteditable="false" width="100%">使用 XFEM 方法和 ABAQUS 中的巴黎定律進行疲勞裂紋擴展（直接循環低周疲勞方法）</div><div contenteditable="false" width="100%">你將學習什么：</div><div contenteditable="false" width="100%">斷裂力學導論（理論有限元法（FEM）和擴展有限元法（XFEM）（（理論））疲勞裂紋增長）（理論））ABAQUS一般解釋</div><div contenteditable="false" width="100%">疲勞模型創建“如何定義XFEM，如何實施巴黎法，定義預裂紋長度和位置，直接循環以及如何控制精度。</div><div contenteditable="false" width="100%">三個不同的操作案例：</div><div contenteditable="false" width="100%">如何處理穩態裂紋以計算 SIF 等斷裂力學參數。
展開 
ABAQUS VUMAT子程序 PUCK損傷起始準則+指數演化方法 ￥58
ABAQUS PUCK損傷起始準則+指數演化方法
復合材料本構
損傷矩陣
損傷應力應變關系
PUCK準則
指數退化方法
VUMAT代碼如下
Abaqus復合材料Larc05失效準則Umat子程序開發
LaRC05準則是NASA蘭利研究中心關于復合材料強度計算的理論。其吸收了Puck準則中關于基體失效的預測方法，并提出Kinking模型來描述纖維壓縮失效的起始。還考慮了就位強度、材料非線性等復雜問題近年來受到廣泛關注。
之前在https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1279990 這個帖子里介紹了Abaqus內置的Larc05子程序調用方法，因為內置的Larc05子程序是通過Udmgini子程序結合Xfem來實現的，因此還是存在一定的局限性的。本帖考慮了復合材料的剪切非線性行為，在材料本構中引入了Hahn-Tsai的剪切非線性模型
式中，β為剪切非線性因子。
通過編寫Umat子程序，對復合材料的損傷行為進行了模擬，計算結果如下。
90度鋪層損傷和載荷位移曲線
0度鋪層損傷和載荷位移曲線
45度鋪層損傷和載荷位移曲線
由上圖可以看出，引入剪切非線性后，45度鋪層試驗件的拉伸曲線表現出明顯的非線性行為
有關于子程序二次開發或者復材仿真的問題可以聯系QQ1653004885或者關注CAE320公眾號
展開 ABAQUS的斷裂力學工程應用
由于脆性斷裂在事故發生前難有預兆，斷裂時又容易產生很多碎片，因此它是一種非常危險的突發事故，危害較大。
特點：斷裂面和載荷方向呈90°角；可能會有（或無）微小塑性變形；斷裂表面比較粗糙或者呈水晶狀；有“人”字紋（ChevronPatterns）并且指向初始斷裂點。
三種模式：疲勞斷裂（Fatigue）、脆性斷裂（Brittle)、韌性斷裂（Ductile）
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斷裂模式（種類）-韌性斷裂
韌性斷裂也有叫延性斷裂，它是由于裂紋的緩慢擴展而造成的，而這種裂紋擴展又起源于孔穴的形成和合并。延性斷裂的斷口表面外觀特征為無光澤的纖維狀。大多數多晶體金屬的拉伸試驗的延性斷裂有三個明顯的階段：首先，試樣開始出現局部“頸縮”，并在“頸縮”區域產生小的分散的空穴；接著這些小空穴不斷增加和擴大并聚合成微裂紋，裂紋方向一般垂直于拉應力方向；最后，裂紋沿剪切面擴展到試件表面，剪切面的方向與拉伸軸線近似成45°。斷裂形態是典型的“杯錐”失效斷面。延性斷裂在斷裂前出現大量的塑性變形，具有明顯的失效預兆。
特點：灰色的粗糙表面；斷裂面高低不平；可能有剪切唇（在斷裂邊緣與載荷成45°角）；截面收縮；斷口微觀形貌通常有韌窩。
展開 ABAQUS金屬狗骨件拉伸-延性損傷（Ductile）（JC失效準則 ￥10
ABAQUS金屬狗骨件拉伸-延性損傷（Ductile）（JC失效準則）自做模型，內附操作視頻，cae，inp文件
