abaqus 剪切失效
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-02-27
abaqus 剪切失效的視頻教程
ABAQUS短梁剪切層間剪切有限元分析COHESIVE CONTACT（三維hashin準則）ASTM D2344
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ABAQUS材料斷裂與失效系列 之 材料失效與侵蝕
本專題分兩個部分進行講解： 第一部分為相關理論和技巧的介紹，以及應用的一些場景介紹； 第二部分為案例演示，包括殼體模型的失效、實體模型的侵切和采用umeshmotion模擬材料融化的過程。 案例1：為0.5噸重物以20m/s速度沖擊雙管殼柱模型的仿真模型，其中左邊模型中的材料未考慮損傷演化；右側為考慮損傷演化的情況，出現了材料的失效和剝離。
￥70 2小時28分鐘 3729播放
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Abaqus剪切旋壓三種運動方式詳解
課程詳細示范剪切旋壓工藝仿真前處理操作，分別展示三種運動方式的操作方法： 第一章：傳統的坯料旋轉旋輪直線進給； 第二章：表格控制旋輪旋轉坯料不轉； 第三章：VDISP子程序控制旋輪旋轉坯料不轉； 第四章：對比三種方式后處理結果。 附有inp文件和子程序文件。有問題可私信交流。
￥60 1小時53分鐘 42播放
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abaqus 剪切失效的實例教程
完全積分的二階單元每個方向上有3個積分點，如下圖：
探究元素的階數(一階與二階)和網格密度對結果精度的影響
采用了幾種不同單元和網格密度,在Abaqus/Standard模擬懸臂梁問題：
各個模擬的末端撓度位移與理論值3.09 mm的比值如下：
對于線性的，完全集成的單元，單元再密都不準。以上撓度模擬不準是因為剪切鎖緊引起的，這是所有完全積分的一階實體單元都存在的問題==
什么是剪切閉鎖？（shear lock）
剪切鎖緊會導致單元在彎曲時過于僵硬。
根據材料力學，一個材料微元承受彎矩M時的變形如下：
單元變形的應力情況：
這種不正確的剪切應力的產生是因為線性單元的邊無法彎曲。剪切應力的存在意味著單元應變導致剪切變形，而不是預期的彎曲變形，因此整體撓度較小，也就是說單元剛度太大了
剪切鎖定只影響完全積分的一階單元在彎曲載荷下的單元性能。
對于二階單元，剪切閉鎖不是問題，因為二階單元的邊是可以彎曲的，但它依舊有細微的剪切閉鎖效應。
所以，ABAQUS文檔建議：
只有相當確定載荷會在模型中產生很小的彎曲時，才推薦使用完全積分的一階單元。完全積分的二階單元在復雜的應力狀態也可能shear lock。
展開 ABAQUS軟件免費介紹
在常溫狀態下，大多數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使用韌性損傷漸進失效模型。
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。材料承載經歷彈塑性階段后達到損傷起始點a，繼續承載，損傷后的材料剛度折減，出現軟化，直到損傷參數D=1時，材料剛度退化為0，單元刪除。
韌性材料損傷漸進失效模型
工程案例：
鋼制管狀結構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：
沖擊質量5kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度200m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度300m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度400m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚20mm;
沖擊質量25kg，速度400m/s，桶厚50mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚50mm;
付費部分為鋼制管狀結構多工況沖擊損傷失效分析案例的9種工況共計9個inp文件壓縮包+CAE 源文件壓縮包。
展開 這里對相應的算法進行簡要說明：
NH-GTN模型
屈服函數：
其中等效孔洞體積分數定義為：
孔洞體積分數包含新孔隙形核，原有空隙生長以及剪切相關的等效體積分數增加：
形核，生長，剪切相關體積分數的演化遵循：
其中：
剪切效應的修正，考慮應力狀態的影響
參數的物理含義如下
通過將文獻中的數值算法編程實現在VUMAT子程序中，可以用來實現對延性金屬材料在不同應力狀態下的損傷演化進行合理的數值預測，應用于金屬成型領域（沖壓，軋制，擠壓等）
預測修正后的模型應該在簡單拉伸情況下于abaqus自帶的GTN模型保持相同的損傷和其他狀態變量的分布，并在剪切情況中損傷發展顯著高于abaqus自帶的模型（自帶的模型忽略了剪切效應）。（為了進行對比使用于自帶的本構相同的硬化方式，模擬中使用了相同的質量縮放，但質量縮放容易產生數值振蕩，模擬的拉伸曲線存在波動。）
初步模擬結果：
拉伸情況（abaqus-VUMAT）
應力分情況
孔洞體積分數
剪切模型（abaqus-VUMAT）
不同變形時刻的應力分布
T=0.1s
局部放大圖
T=0.5s
局部放大圖
T=0.6s
局部放大圖
可以看到模型在拉伸預測中與原始模型保持一致，而在剪切修正后損傷發展顯著快于原始模型，利用作者提出的方法可以應用于復雜應力狀態下金屬材料的損傷分析，相關參數部分參考文獻，其中Kw=3.T1=0.2，T2=0.7.模擬結果符合文獻所提出方法的基本趨勢。
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插件介紹
AbyssFish CDED（Concrete Damage Element Deletion）插件旨在實現混凝土損傷塑性（Concrete Damage Plasticity, CDP）材料模型中的失效單元自動刪除功能，從而精確模擬混凝土損傷開裂行為。
該插件僅適用于“動力，顯式（Dynamic, Explicit）”分析步，且僅對混凝土損傷塑性
利用關鍵詞*Concrete failure來實現，UHPC混凝土單元失效刪除的仿真模擬
目前只能通過動態顯式求解來定義關鍵詞
*Concrete failure，type=strain（或displacement）
拉伸開裂應變（或位移），壓縮非彈性應變，拉伸損傷值，壓縮損傷值
把上面兩行編輯好的關鍵詞，放到CDP本構模型后面，如果在GUI界面定義編輯關鍵詞后，一定要去再次檢查定義的位置
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
筆名：復材失效仿真
關鍵詞：纖維增強復合材料，航空航天，漸近損傷模型，有限元仿真，沖擊
復合材料結構漸進損傷研究
復合材料因其輕質高強廣泛應用于航空航天、交通運輸等領域。當復合材料具備復雜結構（如連接結構）或承受復雜工況（如沖擊載荷）時，層內損傷的模式包括多種損傷模式纖維/基體脫粘、基體開裂和纖維斷裂，從而引起復合材料結構漸進失效。為了模擬這些現象，漸進損傷模型（PDM）在過去二十年中常被使用并已被證明是一種有效的方法
下面是視頻中的工程文件inp，大家可以下載一下供大家參考學習
[圖片]
本文參考了十篇左右文章，基于Abaqus/Explicit，建立了復合材料漸進損傷本構模型并編寫了VUMAT子程序，包括彈性階段、基于應力的三維HASHIN初始損傷準則、線性損傷演化。計算流程如下圖所示。
圖1 整體計算流程
材料模型
1.1 彈性階段
其中， (i,j=1,2,3)為應力分量， (i,j=1,2,3) 為應變分量，Eii (i=1,2,3) 為拉伸模量
剪切修正模型的數值實現------《Nielsen KL, Tvergaard V. Ductile shear failure or plug failure of spot welds modelled by modified Gurson model. Engineering Fracture Mechanics 2010;77:1031–47.》
GTN模型是韌性斷裂的一個廣為人知的微觀力學模型
膠合是電子行業中常見的連接方式，Abaqus中常用cohesive單元或者cohesive接觸兩種方法進行膠合失效仿真，這兩種方式操作方法有所差別，但結果一般大同小異。
本例模型比較簡單，建模過程從略，使用靜態分析，使用cohesive單元時需要創建膠合元素的實體，通過賦予材料屬性的方式模擬結構的脫粘，創建如下：
設置單元類型為COH2D4：
對膠接面和膠體設置綁定約束
陶瓷是一種典型的脆性材料，可采用Wilkins、Rajendran-Grove、Johnson-Holmquist（JH）和Deshpande-Evans本構模型描述其在高應變率加載下的響應情況，其中JH模型是目前數值計算領域應用最為廣泛的陶瓷本構模型，如圖1所示。JH-1本構模型是Johnson和Holmquist于1992年提出的第一個脆性材料的本構模型，采用分段函數的方式描述了脆性材料壓力和強度的關系
