abaqus中斷裂的案例
Abaqus中最簡單的塑性斷裂模型
之前材料壓潰斷裂一直用Ls-dyna計算的，但考慮Abaqus利用Python參數化建模的優越性，所以采用Abaqus分析材料的壓潰斷裂。對標Ls-dyna的雙線性塑性材料模型MAT-24，考慮失效應變這一個斷裂指標。
材料參數：這里選擇Abaqus中最常用的金屬斷裂模型——Ductile Damage（延性損傷），材料參數如下：
材料參數模型（熱膨脹可忽略）
其中關于損傷失效的參數為
*Damage Initiation, criterion=DUCTILE ****
0.1, 0.3333, 0.
損傷開始，需要指定損傷應變，應力三軸度，應變率
*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
結果：提取該單元的應變和Mises應力，給了不同的損傷起始應變和損傷演化斷裂位移，最后的結果如下圖
很明顯，損傷開始的起裂應變（Fracture Strain）就是材料損傷開始的等效塑性應變，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。
展開 ABAQUS中輸出Cohesive單元的斷裂形式
Cohesive單元可以模擬三種基本斷裂形式：I型張開裂縫、II型滑移裂縫、III型撕開裂縫。其中后兩種破壞形式的驅動力為剪切力，所以可以稱為剪切破壞。
ABAQUS中其實已經提供了識別這兩種（拉伸和剪切）破壞形式的場輸出：MMIXDME、MMIXDMI。下面從定義、使用、結果演示等幾個方面進行介紹。
定義
幫助文檔中，二者定義如下：
MMIXDME，為損傷演化過程中混合斷裂模式的比例，定義為1-m1，位于單元積分點位置，單元未破壞時，其數值默認為-1；
MMIXDMI，為初始損傷時混合斷裂模式的比例，同樣定義為1-m1，位于單元積分點位置，單元未破壞時，其數值默認為-1；
后面看下m1的定義：
m1為Gn（一型張開斷裂能）與GT（三型斷裂能之和）的比值：
當m1為1，表示完全的拉伸破壞時，對應的MMIXDME和MMIXDMI數值為0；
當m1為0，表示完全的剪切破壞時，對應的MMIXDME和MMIXDMI數值為1；
通過這兩個參量，我們就可以判斷cohesive單元以哪種形式破壞為主。
使用方法
目前不支持GUI界面定義，Step模塊的場輸出無法找到MMIXDMI和MMIXDME。
展開 ABAQUS中的斷裂力學及裂紋分析(原創)
簡單來說，我讀了一下ABAQUS cohesive element的理論幫助，個人覺得ABAQUS的cohesive element采用的是廣泛應用于混凝土的類似fictitious crack的方法。只考慮了Dugdale-Barenblatt energy mechanism。 這其中softening law 的影響是非常重要的。但ABAUQS似乎只提供了linear 或者exponential 的softening law，復雜的本構關系還需要另想辦法。至於基於Griffith-Irwin energy dissipation mechanism的J-integral值可以在LEFM分析中單獨算。(ABAQUS用的是Suo Zhigang 和Hutchinson在1990一篇論文中提出的方法) 目前cohesive fracture mechnics已經被應用于各種材料。不過在使用到納米或者更小數量級的研究中碰到了不少問題，可能需要結合位錯和分子動力學的一些理論，我現在的研究中也碰到類似的一些問題，希望和大家一起討論。做裂紋ABAQUS有幾種常見方法。最簡單的是用debond命令, 定義*FRACTURE CRITERION, TYPE=XXX, 參數。。。** *DEBOND, SLAVE=XXX, MASTER=XXX, time increment=XX0,1, ……......time,0要想看到開裂特別注意需要在指定的開裂路徑上定義一個*Nset， 然后在*INITIAL CONDITIONS, TYPE=CONTACT中定義master, slave, 及指定的Nset這種方法用途其實較為有限。
展開 ABAQUS中的斷裂力學及裂紋分析總結
再不就是用一些專業的斷裂力學軟件如zencrack，感興趣的可以自己找相關資料
還有就是比較新的cohesive element單元。我仔細讀了ABAQUS cohesive element的理論幫助，個人意見ABAQUS的cohesive element采用的是廣泛應用于混凝土的類似fictitious crack的方法。只考慮了Dugdale-Barenblatt energy mechanism。 這其中softening law 的影響是非常重要的。但ABAUQS似乎只提供了linear 或者exponential 的softening law，復雜的本構關系還需要另想辦法。至於基于Griffith-Irwin energy dissipation mechanism的J-integral值可以在LEFM分
析中單獨算。(ABAQUS用的是Suo Zhigang 和Hutchinson在1990一篇論文中提出的方
法) 目前cohesive fracture mechnics已經被應用于各種材料。不過在使用到納米
或者更小數量級的研究中碰到了不少問題，可能需要結合位錯和分子動力學的一些
理論。現有的cohesive element單元需要定義damage initiation和evolution的準則， softening準則目前好像只有linear和exponential，但對一般材料也夠用了。然后通過設置后處理display group可以看到裂紋擴展情況。裂紋擴展不是ABAQUS的強項，目前比較方便的只能用cohesive element，我做過幾個模型效果還可以，但對應的參數需要一定的實驗數據支持，否則做出來了也不知道對不對。
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。
ABAQUS中泰森多邊形Voronoi和有限離散元FDEM結合的晶體斷裂仿真
《ABAQUS中泰森多邊形Voronoi和有限離散元FDEM結合的晶體斷裂仿真》
作者：星辰北極星
這個專題是依托于POLARIS_Voronoi插件制作的一套仿真案例視頻，講述Voronoi多邊形結合FDEM在晶體仿真中的一些應用；FDEM是FEM和DEM的一個組合縮寫，也就是“有限離散元方法”，結合了有限元和離散元的特征，在ABAQUS中主要通過大量嵌入Cohesive單元來實現，這一方法目前廣泛應用于巖石、玻璃、陶瓷等脆性材料的破碎仿真。
【課程內容】
第1章：課程概述
第2章：POLARIS插件
2.1 POLARIS_Voronoi插件介紹
2.2 POLARIS_InsertCohElem插件介紹
第3章：ABAQUS-Standard隱式分析案例
3.1 基于Cohesive單元的彈塑性斷裂仿真基礎
3.2 平面二維晶體試件的彈塑性拉伸斷裂仿真（二維多邊形）
第4章：ABAQUS-Explicit顯式分析案例
4.1 晶體試件的切削仿真（三維多棱柱）
4.2 圓柱多晶體試件的壓縮破碎仿真（三維多面體）
【案例：晶體拉伸斷裂仿真】
本例采用ABAQUS/Standard隱式計算方法，模型為平面二維多邊形，Voronoi控制點的分布是非均勻的，兩邊密，中間稀疏，類似于金屬材料經過表面處理后的晶粒細化，這種模型需要人為指定晶體控制點位置才能實現；此外，模型中的實體單元采用彈塑性材料的，因此是一種基于Cohesive方法的彈塑性斷裂分析的案例（本案例已經添加到Cohesive專題中）。
【案例：晶體切削仿真】
本例采用ABAQUS/Explicit顯式動力學分析方法。
展開 斷裂模擬收徒！（長期有效、長期指導、保證盡快學會！）
<p>個人自2012年從事abaqus的斷裂模擬相關工作，在斷裂方向以第一作者已發表SCI論文30多篇，主持國自然等項目多項，專業知識及技能請你放心，對于abaqus中的斷裂模擬基本手段早已得心應手。</p><p>個人從開始接觸斷裂模擬以來也都是辛苦一路走來，深知入門的艱辛。</p><p>在早些年斷裂的學習十分困難，沒有多余的學習資料和視頻，只能自己翻譯幫助文檔，自己摸索，四處網絡上詢問。隨著近幾年做斷裂的學者越來越多，關于斷裂的學習資料和視頻也越來越多，也正因為越來越多的資料會讓初學者看的顛三倒四，甚至誤解其中的含義。</p><h1>目前初學者面臨的兩個主要困難是，第一是斷裂模擬手段太多了，哪種適合我，選哪個，它們之間都是什么關系，怎么學，看誰的資料和視頻？第二是照著一個例子會做了，感覺掌握了，但是運用到自己的模型上為什么總是各種不收斂，各種算不完呢，到底問題出在哪里？</h1><h1>如果你有以上的困擾，建議你找一個可以長期輔導你的老師傅，遇到問題可以給你提供多種解決思路，不斷的積攢經驗，慢慢地你也將成為一個老司機了，</h1><p>對于abaqus的建模、調試、前后處理，二次開發個人積攢了很多經驗，基本可以解決大家常見的所有問題，斷裂方法及常見問題更是不再話下，如果長期跟學，我可以提供學習資料、學習視頻、長期答疑、長期模型調試、遠程查看模型、隨問隨答、相關插件等。</p><p>斷裂模擬收徒工作最近兩年一直在進行，當前收徒已超百人。</p><p>如果你也有意向長期跟學，<span style="color: rgb(25, 27, 31);">有意向或感興趣的可以扣扣105*75*93*923、唯心132*7927*83*59。
展開 技術精選案例第五期之#優化與疲勞#的精華內容
ABAQUS中的斷裂力學及裂紋分析總結
引言： 我們知道從1914年Ingless和1921年Griffith提出斷裂力學開始，一直到60年代都停留在線彈性斷裂力學(LEFM)的層次。后來由於發現在裂紋尖端進入塑性區后用LEF仍然無法解決stress singularity的問題。1960年由Barenblatt 和Dugdale率先提出了nonlinear/plastic fracture mechnics的概念，在裂紋前端引入了plastic zone,這也就是我們現在用的 cohesive fracture mechnics的前身。
單元刪除模擬斷裂失效實例-----小球沖擊鋁板
很多人對單元刪除實現斷裂的模擬有認識誤區，以為定義了塑性就能算斷裂。 不否認從初學者的角度來說，參數太多，很容易讓人手足無措，無從下手。
但是斷裂問題本來就是一個非常復雜的問題，控制的材料參數非常多。所以，如果你真的要做斷裂分析，一定要好好看看manual里面progressive damge部分。有些軟件可能經過簡單的定義就能算出結果，但是算出結果是否能用？是否得到科研界和業界人士承認？ 這些年abaqus在科研界的廣泛使用，其實能說明一些問題。
這里提供一個鋁板被沖擊的實例，以前與實驗對比過，效果還可以，現在提供inp。
用 Tosca 求解帶接觸邊界條件的拓撲和外形優化問題
使用Tosca進行結構最優化設計是一個反復迭代的過程，在每一個迭代步中都采用外部的有限元求解器計算結構的力學響應。通過采用業界認可的標準求解器而獲得高質量的計算結果，這些求解器包括：ABAQUS，ANSYS，I-DEAS以及MSC.NASTRAN、MARC等。
展開 XFEM裂紋擴展例子分享 ￥5
</p><p>如果還有疑問，可以看個人錄制的xfem視頻：</p><p>https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c13821</p><p>或者全套斷裂視頻，對abaqus中模擬斷裂的方法進行詳細理解：</p><p>https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c13923</p><p>具體步驟只上圖了，文件自己去下載，如果看過例子和視頻還有疑問</p><p>ABAQUS斷裂模擬收徒 ，保證快速學會各種ABAQUS斷裂模擬方法 1200/人（將享有各種插件以及程序，價值3000+、專門定制視頻、全程親自教學、各種模型調試及解答問題等等，傾囊相教）</p><div contenteditable="false" width="100%"><div><img src="https://img.jishulink.com/upload/201911/2dc410b7eb464e58aac91c67079c7cd1.gif" title="Free-Converter.com-20191101130029-3095298912.gif" alt="Free-Converter.com-20191101130029-3095298912.gif" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/201911/2dc410b7eb464e58aac91c67079c7cd1.gif?
展開 《Composite Structures》：XFEM+UDMGINI實現復合材料擴展有限元分析
一文掌握Abaqus中LaRC05(Pinho)失效理論的使用方法
LaRC05失效理論已嵌入2021版Abaqus CAE
Abaqus 2021 LaRC05失效理論初體驗（附案例）
Abaqus中LaRC05準則擴展有限元分析都是通過一類UDMGINI子程序（自定義損傷起始準則）來實現，該程序只可調用，無法看到源代碼。因此，當需要自定義損傷判據來進行復合材料結構擴展有限元分析時，就需要認識一下UDMGINI子程序。
通過查看幫助文檔可以看到，UDMGINI子程序中僅需要定義FINDEX和FNORMAL兩個變量，FINDEX變量對應的不同失效判據的判斷因子，一個程序中可以有多個失效判據；FNORMAL變量代表的是每種失效模式下斷裂面的法線方向。
展開 #ABAQUS提取斷裂參數K和J插件
在ABAQUS中計算斷裂參數K和J經常會用到圍線積分即contour integral，軟件中有單獨計算圍線積分的模塊，當然，在xfem（3D時）和debond（使用臨界應力、臨界裂紋張開位移、裂紋長度與時間準則時）中也可用計算圍線積分，計算得到的圍線積分通常輸出到dat文件中，我們需要打開dat文件挨個查詢裂紋每個分析步的每個增量步下的每個裂紋尖端的K1/K2/J值，這樣操作起來十分繁瑣，更不用說是提取這些結果到一個文件中再進行數據處理得到自己想要的曲線了。對于xfem計算2D模型時不能輸出K和J的問題，simwe一個帖子給出了解決辦法：http://forum.simwe.com/forum.php?
展開 
黃永剛晶體塑性模型耦合相場方法模擬多晶斷裂
斷裂相場是一種物理模型，用于描述固體材料中的斷裂現象。它是一種基于相場理論的連續介質力學模型，可以在微觀層面上描述材料中的裂紋擴展和斷裂行為，同時考慮到宏觀上的應力和形變。
在斷裂相場模型中，材料被視為由不同的相域組成，每個相域具有不同的物理性質和能量。裂紋被描述為相域的界面，相域之間的界面可以隨著應力的變化而移動和改變形狀。斷裂現象可以通過計算相場的演化來模擬，包括裂紋擴展、裂紋分支和裂紋相互作用等。
斷裂相場模型的優點在于能夠捕捉到裂紋擴展的非線性和多尺度特性，并且不需要預先指定裂紋的路徑和形狀。它可以應用于不同類型的材料，包括金屬、陶瓷、玻璃等，并且可以預測材料的強度、韌性和斷裂模式等。
在Abaqus中，UEL斷裂相場程序是一種基于相場理論的有限元模型，可以模擬固體材料中的裂紋擴展和斷裂行為。該模型使用相場變量來描述材料的相域和裂紋的位置和形狀，并通過演化方程描述相場變量的時間演化和裂紋的擴展。通過在UEL程序中實現相場模型的演化方程和邊界條件，可以模擬裂紋擴展的過程，并計算出材料的應力、應變和損傷等。
通過和黃永剛晶體塑性模型進行耦合可以實現介觀尺度下，多晶材料的完整彈-塑-損傷力學行為分析，并且相比與其他損傷模型耦合方式而言，耦合相場法物理含義更加清晰，數值實現格式簡介，處理雅可比矩陣方便且易于收斂。因此逐漸受到介觀尺度分析材料損傷分析學者的青睞。
這里通過耦合常用的晶體塑性模型（黃-umat（修改取向到狀態變量））和斷裂相場方法，剛度和應力退化使用二次退化函數形式。
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 典型拉伸模型小例子
拉伸設計到斷裂，因此在材料參數中要定義材料的斷裂屬性，即為材料設置好斷裂準則。下邊一一向大家介紹這個小模型是如何建立的。
（1）part建立
畫出如上第一張圖所示的草圖，采用sweep旋轉功能，旋轉出如上所示的典型拉伸試樣part。
（2）材料參數及斷裂準則
如下圖所示，在這個模型中需要確立一下三種材料參數：彈性參數、塑性參數以及斷裂準則。此處彈性參數需要給出彈性模量以及泊松比，塑性參數需要給出真實塑性應力與真實塑性應變之間的關系，這些數據可以由工程應力應變曲線推導出來。
Abaqus中提供了多種斷裂準則，對于這個例子，我選用ductiledamage作為斷裂準則，這個斷裂準則適用于塑性材料的斷裂行為。最關鍵的參數是下圖所示的臨界斷裂應變值，此處使用0.85。
（3）分析步的建立
因為這個例子存在大變形，所以此處選用動態分析步（dynamic），并且使大變形（nlgeom）處于on的狀態。
（4）場輸出的建立
為了能看到試樣”斷”的樣子，在場輸出中必須這樣設置一下。要選擇state/field/user/time中的status一項，如下圖所示。只有這一項選中之后，單元在達到斷裂準則之后才會斷裂，否則單元不會分開，會無線伸長。
（5）邊界條件的建立
建立如下圖所示的邊界條件，即在兩個端面上建立速度邊界條件，使兩個端面以勻速往外走。（這樣的邊界條件跟實際試驗是一致的）
（6）網格劃分
使用tet，free的網格劃分方法，網格類型選擇3D stress。畫出的網格如下圖所示。
（7）結果展示
經過上邊一系列的設置，計算結果如下圖所示。
展開 批量插入0厚度cohesive單元模擬開裂
<p>材料的斷裂與失效一直是個備受關注的問題，通常，研究斷裂失效有三種方法：實驗、理論解析、數值模擬，在很多條件下，我們通過實驗分析失效，必須進行大量的實驗嘗試，這是非常耗時耗力又耗材的，而且在某些極端條件下，實驗是無法進行的，而通過理論分析研究失效雖然可以省去大量實驗的執行，但是，理論解析對原有的模型進行了大量簡化，這在很多時候并不能反映真實的復雜條件下的結果，特別是，如果條件稍微復雜，理論解析便束手無策了，然而，數值模擬是一種研究斷裂失效的非常有效的方法，它可以模擬極端條件下的失效，同時，也不必去做大量的實驗，只需參數化分析，就可以得到一系列條件下的結果，而且又省時省力，成本也低，最重要的是，數值模擬的結果往往能夠反映整個失效過程中的應力變化、塑性變形、裂紋擴展過程等等，這是實驗和理論分析很難做到的。將實驗或理論解析與數值模擬相結合已經是目前分析問題的主流手法。</p><p>ABAQUS是達索公司的一款非線性分析功能極強的有限元軟件，一直以來備受歡迎，越來越多的科研工作者投入到ABAQUS的陣營。對于斷裂試下分析，ABAQUS也是獨具特色，它提供了很多方法進行材料的失效分析。</p><p>ABAQUS模擬斷裂失效的方法：</p><p>1 單元刪除法</p><p>主要是采用ABAQUS的內置損傷材料笨狗，通過刪除失效單元模擬裂紋擴展，主要包括：延性金屬損傷、剪切損傷、Johnson-cook損傷、脆性材料損傷、混凝土塑性損傷、纖維增強復合材料損傷（hashin損傷）等等。
展開 