abaqus疲勞失效分析的案例
ABAQUS材料斷裂與失效-XFEM|VCCT|COHESIVE|疲勞|侵蝕
ABAQUS材料斷裂與失效（XFEM|VCCT|COHESIVE|疲勞|侵蝕）篇
上個(gè)系列我們講了有關(guān)ABAQUS混凝土塑性損傷模型（CDP）的相關(guān)內(nèi)容，得到了一些不錯(cuò)的反饋；因此想趁著這股熱勁，繼續(xù)錄制一套課程；最終選擇了材料的斷裂與失效仿真。在很久以前，通用有限元軟件中，只有ABAQUS提供了擴(kuò)展有限元方法（XFEM），一種不依賴于網(wǎng)格邊界的裂縫仿真方法。當(dāng)時(shí)我還在學(xué)校，由于課題的原因，接觸了很多巖石斷裂和材料失效的實(shí)驗(yàn)和仿真任務(wù)，從而也就使用上ABAQUS。
09年，想學(xué)好這款軟件并非易事，一方面是身邊沒有直接可以求助的前輩，因?yàn)榇蠹叶荚谟肁NSYS；另一方面是當(dāng)時(shí)市面上的相關(guān)書籍非常少（當(dāng)時(shí)出的書都看過），加之自己英文不好，而且不怎么看幫助文檔，所以學(xué)習(xí)斷裂仿真就更加不易。后來有幸得到一份PPT課件：Modeling with Fracture and Fracture with Abaqus，是達(dá)索在2009年出的一套斷裂仿真的培訓(xùn)教程，內(nèi)容非常系統(tǒng)，不僅介紹了相關(guān)的斷裂理論、仿真方法和仿真技巧，還有實(shí)操案例。
達(dá)索09年斷裂課程內(nèi)容目錄如下（公眾號(hào)中回復(fù)：“斷裂與失效”，可獲得此課件）：
雖然有好的資料在手，但看這里面五花八門的知識(shí)點(diǎn)，確實(shí)看著頭大，當(dāng)時(shí)也是看了個(gè)一知半解，完成任務(wù)后，就放在一邊沒有去細(xì)細(xì)專研。
隨著時(shí)光推移，使用ABAQUS已經(jīng)有八個(gè)年頭，仿真水平大幅提高，不知不覺也做了ABAQUS二次開發(fā)的工作，漸漸喜歡使用它來解決問題，自己沒課題，就幫別人做，也積累起一些經(jīng)驗(yàn)；但人的精力是有限的，所以以后想盡量做專一點(diǎn)，又不想將以前所學(xué)的知識(shí)輕易拋棄，因此打算將所專所長(zhǎng)一一錄制成視頻教程，供大家學(xué)習(xí)，讓初學(xué)者少走一些彎路，視頻設(shè)置收費(fèi)，是因?yàn)樽约杭彝l件并不好，收取少量費(fèi)用還請(qǐng)大家理解。
展開 螺栓失效的熱力耦合疲勞仿真分析
風(fēng)險(xiǎn)及位置
整機(jī)數(shù)值模擬計(jì)算最大位移、墊片應(yīng)力、接觸面應(yīng)力、螺栓應(yīng)力
△圖6：整機(jī)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果
5、實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析
采用電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)、光學(xué)顯微鏡、壓力傳感器、力矩扳手等實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器進(jìn)行螺栓側(cè)向位移載荷螺栓松動(dòng)實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行3D形貌分析、剩余軸向力分析、擰松力矩分析。
焊點(diǎn)失效的熱振耦合疲勞仿真分析
△圖2：影響微電子封裝可靠性的主要因素
4、 焊點(diǎn)失效的四種模式：
4.1 熱交變應(yīng)力破壞失效
? 溫度變化
? 材料蠕變損傷
? 變形與裂紋擴(kuò)展
4.2 疲勞破壞失效
?由振動(dòng)載荷引起的高周疲勞失效
4.3 化學(xué)因素腐蝕破壞失效
? 水分、氧氣其他離子
? 化學(xué)反應(yīng)腐蝕
? 粘結(jié)強(qiáng)度等機(jī)械性能降低
4.4 動(dòng)態(tài)機(jī)械載荷破壞失效
? 跌落、沖擊和振動(dòng)
? 開裂、脆裂等損傷
研究?jī)?nèi)容
△圖3：焊點(diǎn)熱耦合疲勞仿真分析內(nèi)容
1、基本力學(xué)參數(shù)的獲取
? 調(diào)研焊點(diǎn)、焊腳的材料屬性
? 試驗(yàn)獲取引腳、錫焊、錫焊界面（金屬化合物）的力學(xué)性能參數(shù)
? 擬合界面相（金屬化合物）材料的本構(gòu)關(guān)系
2、疲勞數(shù)據(jù)庫(kù)的建立
? 通過疲勞試驗(yàn)建立材料、界面相的疲勞特性曲線
? 建立單個(gè)焊點(diǎn)的有限元分析模型
? 加載循環(huán)載荷預(yù)測(cè)焊點(diǎn)的疲勞壽命與失效位置
? 通過與實(shí)驗(yàn)比較，對(duì)有限元分析模型進(jìn)行驗(yàn)證
△圖4：不同封裝結(jié)構(gòu)下無鉛SAC305焊點(diǎn)的S-N曲線
3、整機(jī)仿真模型
一般而言，在有限元模態(tài)分析中，系統(tǒng)的固有頻率會(huì)隨著網(wǎng)格密度的增加而降低至一個(gè)穩(wěn)定的收斂值，為了找到合適的網(wǎng)格劃分密度，需要對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格收斂性檢查。振動(dòng)試驗(yàn)載荷一般有正弦、窄帶隨機(jī)和寬帶隨機(jī)三種，PCB邊界條件有四角四點(diǎn)固支，端部四點(diǎn)固支，六點(diǎn)固支，中間四點(diǎn)固支以及中間兩點(diǎn)固支。
3.1 有限元模型建模
△圖5：焊點(diǎn)有限元建模
3.2 組件中各層材料參數(shù)設(shè)置
考慮到振動(dòng)過程中焊點(diǎn)發(fā)生的一般是彈性形變，無需考慮材料的蠕變參數(shù)，各組分材料從上往下依次按照模塑料、封裝基板、Cu焊盤(Cu)、焊球(SAC305)、PCB板(FR-4)賦予。
展開 疲勞分析|Abaqus Goodman方法案例操作 附ABAQUS疲勞分析簡(jiǎn)介下載
Abaqus/View結(jié)果讀取
讀取分析歷程中的最大交變應(yīng)力和最小交變應(yīng)力云圖
新建場(chǎng)變量：Alternating Stress和Mean Stress
根據(jù)公式：
在Abaqus后處理新建場(chǎng)變量
輸出場(chǎng)變量值到Excel
針對(duì)新建場(chǎng)，輸出單元積分點(diǎn)對(duì)應(yīng)的交變應(yīng)力和平均應(yīng)力，并輸出到Excel，與Goodman圖一并繪制。
上圖，
仿真所得單元積分點(diǎn)落到
曲線的上方或下方，
處于上方為疲勞壽命沒達(dá)到
臨
界曲值
10
E5
次。
下載地址：ABAQUS疲勞分析簡(jiǎn)介
金屬韌性損傷材料失效模型應(yīng)用實(shí)例-Abaqus/Explicit鋼制管狀結(jié)構(gòu)多工況沖擊損傷失效分析 ￥49.9
在常溫狀態(tài)下，大多數(shù)工程金屬具有較高的韌性，這種情況下，材料的失效分析通常會(huì)使用韌性損傷漸進(jìn)失效模型。
如下圖所示，該模型完整的定義了材料的彈性階段、塑性階段、損傷起始與損傷演化。材料承載經(jīng)歷彈塑性階段后達(dá)到損傷起始點(diǎn)a，繼續(xù)承載，損傷后的材料剛度折減，出現(xiàn)軟化，直到損傷參數(shù)D=1時(shí)，材料剛度退化為0，單元?jiǎng)h除。
韌性材料損傷漸進(jìn)失效模型
工程案例：
鋼制管狀結(jié)構(gòu)多工況沖擊損傷失效分析
上圖案例中的分析工況按閱讀順序依次是：
沖擊質(zhì)量5kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度200m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度300m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度400m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度500m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度500m/s，桶厚20mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度400m/s，桶厚50mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度500m/s，桶厚50mm;
付費(fèi)部分為鋼制管狀結(jié)構(gòu)多工況沖擊損傷失效分析案例的9種工況共計(jì)9個(gè)inp文件壓縮包+CAE 源文件壓縮包。
展開 abaqus電池包隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析（附模型及分析流程） ￥88
本例展示基于功率譜密度曲線（PSD）的電池組疲勞分析，即針對(duì)隨機(jī)振動(dòng)的疲勞壽命 分析。
1 問題設(shè)定 一塊電池組，尺寸為 70mm x 175mm x 400mm。該電池組的兩端共有 6 個(gè)端點(diǎn)，分別受 到垂直于電池組平面的激勵(lì)作用，且激勵(lì)的加速度功率譜密度曲線（ASD）相同。 由于在隨機(jī)振動(dòng)基于線性動(dòng)力學(xué)原理，因此電池，PC 材料等采用實(shí)體建模，其他鈑金 采用殼單元建模， 設(shè)定相關(guān)的 fastener 點(diǎn)焊單元，coupling 耦合單元和 tie 約束，建立零件 和零件之間相應(yīng)的連接關(guān)系。
兩端所對(duì)應(yīng)的 PSD 譜線如下圖。請(qǐng)注意該曲線的頻率截?cái)嘣?200Hz 處。
2 分析過程 一般來說，針對(duì)隨機(jī)振動(dòng)的疲勞分析包含兩大步。第一步是在 Abaqus 中完成固有模態(tài) 和掃頻兩個(gè)計(jì)算；第二步是把這兩個(gè)計(jì)算結(jié)果與 PSD 曲線一起輸入 fe-safe，運(yùn)行若干設(shè)置 后完成疲勞分析，得到相關(guān)結(jié)果。
以下內(nèi)容包含完整的詳細(xì)的電池包跌落仿真分析 附件為完整教程和CAE模型文件.rar
展開 Abaqus復(fù)合材料螺栓接頭的失效分析
層失效是通過Hashin失效準(zhǔn)則作為損傷初始和斷裂能量作為損傷演化的建模。
幾何
三個(gè)Part實(shí)例，其中兩個(gè)為150x25x3.8 mm 的CFRP平板，一個(gè)為M14的Steel螺栓。如下圖所示，螺栓直徑比平板孔直徑小0.5mm。
圖1 : 復(fù)合板（左）和螺栓（右）
材料
鋼螺栓：楊氏模量210e3 MPa，泊松比0.3，密度7850e-12 ton/mm3
復(fù)合板：由多個(gè)與負(fù)載方向和板長(zhǎng)度方向不同的多個(gè)單向（UD）層構(gòu)成，詳細(xì)的CFRP復(fù)材參數(shù)如下圖。
圖2 : CFRP 材料建模 (彈性屬性, Hashin準(zhǔn)則初始, 斷裂能量演化)
損傷失效建模，對(duì) Abaqus 的 CFRP 復(fù)合損傷進(jìn)行建模，需要綜合兩個(gè)建模方面對(duì)材料退化：失效萌生Failure initiation和失效演化failure evolution。依賴于第一層失效標(biāo)準(zhǔn)（first ply failure criteria），針對(duì)層失效用戶可以評(píng)估復(fù)合結(jié)構(gòu)為FAIL/PASS。此評(píng)估是最保守的評(píng)估，其根據(jù)第一層失效準(zhǔn)則，依賴于純后處理生成的失效包絡(luò)，這些標(biāo)準(zhǔn)不允許材料退化或單元?jiǎng)h除。
對(duì)于本文，將在損傷建模中包括材料退化（斷裂能量損傷），損傷初始是基于Hashin層失效準(zhǔn)則進(jìn)行建模， 此準(zhǔn)則考慮以下 ply 失效模式：
拉伸時(shí)纖維斷裂(Xt)
壓縮時(shí)纖維屈曲和扭結(jié)(Xc)
橫向拉伸和剪切作用下的基體開裂(Yt)
橫向壓縮和剪切作用下的基體破碎(Yc)
其中X、Y分別對(duì)應(yīng)于增強(qiáng)和基材，此4個(gè)強(qiáng)度值輸入圖2中的material選項(xiàng)卡，注意Hashin準(zhǔn)則材料對(duì)話窗，抗壓強(qiáng)度不需要“-”符號(hào)。
展開 聯(lián)合ABAQUS與Fe-safe的隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析（隨機(jī)疲勞理論及有限元軟件操作講解） ￥25
結(jié)論
本文介紹隨機(jī)疲勞壽命分析的基礎(chǔ)理論，并使用有限元軟件ABAQUS與Fe-safe聯(lián)合仿真技術(shù)，在基于PSD譜上，對(duì)某一啞鈴狀板梁進(jìn)行了隨機(jī)振動(dòng)疲勞壽命仿真分析，同時(shí)也介紹了該聯(lián)合仿真分析的流程。在分析結(jié)果中，對(duì)比了隨機(jī)振動(dòng)仿真的RMS計(jì)算結(jié)果和fe-safe隨機(jī)疲勞壽命的計(jì)算結(jié)果，評(píng)估分析結(jié)果的可信度。此疲勞仿真分析技術(shù)對(duì)產(chǎn)品的開發(fā)有著重要的幫助，可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段有效控制其疲勞壽命, 指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。
此外，后期我會(huì)補(bǔ)充一些實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用案例，為讀者在解決實(shí)際的工程問題中提供一定的參考,敬請(qǐng)期待！
參考文獻(xiàn)
[1] 劉龍濤，李傳日，程祺. 某結(jié)構(gòu)件的隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析[J]. 振動(dòng)與沖擊，2013, 32(21)
[2] 林 明，謝里陽(yáng). 疲勞壽命預(yù)測(cè)頻域方法分析與比較[J]. 失效分析與預(yù)防，2016，11(5)
[3] 楊萬(wàn)均，施榮明. 隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力幅值的分布規(guī)律[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2011，27(6)
[4] 李西順. 基于OptiStruct的電動(dòng)汽車電池包振動(dòng)疲勞分析. Altair技術(shù)大會(huì)優(yōu)秀論文
[5] 達(dá)索公司. Abaqus Analysis User's Manual. SIMULIA Abaqus 6.14
[6] 達(dá)索公司. fe-safe user manual. SIMULIA fe-safe 2018
展開 Abaqus斷裂失效分析的10個(gè)inp實(shí)例 ￥30
Abaqus斷裂失效分析的10個(gè)inp實(shí)例
基于Abaqus的結(jié)構(gòu)斷裂失效建模與仿真分析 ￥5
該文檔是Abaqus官方培訓(xùn)時(shí)的教程，共633頁(yè)，里面對(duì)斷裂失效領(lǐng)域常見問題的理論模型及Abaqus操作進(jìn)行了詳細(xì)剖析，具有非常強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。文檔中的圖片均為高清彩圖，便于讀者進(jìn)行針對(duì)性的仿真建模計(jì)算。
abaqus鋼節(jié)點(diǎn)螺栓受動(dòng)荷載失效分析 ￥20
付費(fèi)后可以下載源文件cae、inp及相關(guān)論文
基于Abaqus/Explicit的復(fù)合材料漸進(jìn)損傷失效模型及VUMAT子程序講解分析（含詳細(xì)視頻教程）
(4) 單元測(cè)試，包括纖維拉伸和基體拉伸；如何調(diào)試子程序；對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，包括應(yīng)力，應(yīng)變，初始損傷系數(shù)，損傷演化中的損傷系數(shù)，等效位移等等。
(5) 單軸拉伸模型的建立與結(jié)果分析，與abaqus自帶的二維hashin和漸進(jìn)損傷對(duì)比。
(6) 模型的改進(jìn)與結(jié)果分析，最終單軸拉伸的剛度誤差為-0.35%，最大應(yīng)力誤差為-0.38%，失效應(yīng)變誤差為-0.34%。
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復(fù)合材料漸進(jìn)損傷失效VUMAT子程序詳解
https://www.yqgqt.org.cn/video/c246386
展開 abaqus與fatigue結(jié)合疲勞分析
abaqus與fatigue結(jié)合疲勞分析
為如圖1所示的中心孔板，材料為L(zhǎng)Y12-CZ，板寬50mm,孔直徑為8mm，板厚1mm。LY12-CZ鋁板彈性模量E=68GPa，強(qiáng)度極限σb=482MPa。在板的兩邊施加1MPa的均布拉應(yīng)力。
圖1 中心孔板結(jié)構(gòu)示意圖
1、應(yīng)力計(jì)算結(jié)果與分析
對(duì)上述模型進(jìn)行有限元計(jì)算，結(jié)果應(yīng)力云圖如圖2所示。
圖2 應(yīng)力云圖
2、*.Fil文件說明
*.fil文件是ABAQUS的一種二進(jìn)制輸出文件，供其他軟件（如Patran）后處理使用，如生成X-Y曲線，制作二維表格等，可以輸出的項(xiàng)目包括：?jiǎn)卧⒐?jié)點(diǎn)、接觸面、能量、模態(tài)、梁截面等的輸出信息，輸出的方法是在INP文件中增加輸出指令，
生成*.fil文件的步驟如下
對(duì)ABAQUS/Standard，可以直接輸出.fil文件，步驟如下：
在inp文件中，step步驟之后， end step步驟之前，加上以下內(nèi)容：
*NODE FILE
RF,U,V
**輸出節(jié)點(diǎn)的作用力(RF)，位移(U,V)到*.fil中
*EL FILE
S,E
**輸出單元應(yīng)力(S)，應(yīng)變(E)到*.fil中
在abaqus的job界面重新運(yùn)行inp文件，即可得到對(duì)應(yīng)的fil文件
3、疲勞壽命估算
疲勞壽命估算需用到MSC.Patran軟件中的MSC.Fatigue模塊。如圖3所示，MSC.Fatigue位于MSC.Patran的Tools菜單下，點(diǎn)擊Main Interface即可進(jìn)入MSC.Fatigue模塊主界面。
圖3 在MSC.Patran中進(jìn)入MSC.Fatigue界面
對(duì)結(jié)構(gòu)施加的疲勞載荷譜見表1。
展開 ABAQUS關(guān)于疲勞分析的實(shí)例
有沒有ABAQUS關(guān)于疲勞分析的實(shí)例呢？剛剛才接觸一點(diǎn)頭緒都還沒，希望做過這方面的能夠指教，謝謝
編寫umat疲勞子程序嵌入abaqus中分析的時(shí)候?yàn)樯稕]有循環(huán)模型直接就分析好了。
我編寫了一個(gè)復(fù)合材料疲勞的umat子程序，設(shè)置了兩個(gè)分析步，如下圖文獻(xiàn)中描述的一樣，施加的是力拉伸，但是把umat接入abaqus中去的時(shí)候，提交作業(yè)能正常運(yùn)行，很快兩個(gè)分析步就完成了，好像程序根本沒起作用，很快就分析完成了根本沒有循環(huán)。進(jìn)入后處理之后，點(diǎn)擊云圖跳出：the selected primary variable is not available in the current frame for any elements in the current display group。狀態(tài)變量都沒有結(jié)果，但是存儲(chǔ)初始剛度強(qiáng)度等狀態(tài)變量能顯示初始的結(jié)果，表明也并沒有進(jìn)行循環(huán)，剛度強(qiáng)度沒有退化。所以想問問各位大佬怎么回事，是不是umat是材料子程序，需要和其他程序結(jié)合，比如uel？
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