abaqus剪切失效的案例
【ABAQUS筆記】什么是剪切閉鎖？剪切閉鎖會導(dǎo)致什么？
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(shù)(一階與二階)和網(wǎng)格密度對結(jié)果精度的影響
采用了幾種不同單元和網(wǎng)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(zhǔn)。以上撓度模擬不準(zhǔn)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(dǎo)致單元在彎曲時過于僵硬。
根據(jù)材料力學(xué)，一個材料微元承受彎矩M時的變形如下：
單元變形的應(yīng)力情況：
這種不正確的剪切應(yīng)力的產(chǎn)生是因為線性單元的邊無法彎曲。剪切應(yīng)力的存在意味著單元應(yīng)變導(dǎo)致剪切變形，而不是預(yù)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(xì)微的剪切閉鎖效應(yīng)。
所以，ABAQUS文檔建議：
只有相當(dāng)確定載荷會在模型中產(chǎn)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(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)也可能shear lock。
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ABAQUS中的單元選擇-理解剪切自鎖和沙漏
為了限制沙漏現(xiàn)象的擴(kuò)展，ABAQUS引進(jìn)了“防沙漏剛度”Hourglass stiffness，一般情況下采用默認(rèn)值即可，如果確有需要可在圖1中的Hourglass control選項中設(shè)置。
圖4
四、小結(jié)
如果模型中有比較明顯的彎曲現(xiàn)象，為避免出現(xiàn)剪切自鎖現(xiàn)象，優(yōu)先選擇二階單元，或者采用縮減積分方案（網(wǎng)格需要更細(xì)，通常厚度方向4層以上）。
來源： ABAQUS在巖土工程中的應(yīng)用
金屬韌性損傷材料失效模型應(yīng)用實例-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，材料剛度退化為0，單元刪除。
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9個inp文件壓縮包+CAE 源文件壓縮包。
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abaqus剪切修正GTN模型的VUMAT子程序開發(fā)
這里對相應(yīng)的算法進(jìn)行簡要說明：
NH-GTN模型
屈服函數(shù)：
其中等效孔洞體積分?jǐn)?shù)定義為：
孔洞體積分?jǐn)?shù)包含新孔隙形核，原有空隙生長以及剪切相關(guān)的等效體積分?jǐn)?shù)增加：
形核，生長，剪切相關(guān)體積分?jǐn)?shù)的演化遵循：
其中：
剪切效應(yīng)的修正，考慮應(yīng)力狀態(tài)的影響
參數(shù)的物理含義如下
通過將文獻(xiàn)中的數(shù)值算法編程實現(xiàn)在VUMAT子程序中，可以用來實現(xiàn)對延性金屬材料在不同應(yīng)力狀態(tài)下的損傷演化進(jìn)行合理的數(shù)值預(yù)測，應(yīng)用于金屬成型領(lǐng)域（沖壓，軋制，擠壓等）
預(yù)測修正后的模型應(yīng)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(tài)變量的分布，并在剪切情況中損傷發(fā)展顯著高于abaqus自帶的模型（自帶的模型忽略了剪切效應(yīng)）。（為了進(jìn)行對比使用于自帶的本構(gòu)相同的硬化方式，模擬中使用了相同的質(zhì)量縮放，但質(zhì)量縮放容易產(chǎn)生數(shù)值振蕩，模擬的拉伸曲線存在波動。）
初步模擬結(jié)果：
拉伸情況（abaqus-VUMAT）
應(yīng)力分情況
孔洞體積分?jǐn)?shù)
剪切模型（abaqus-VUMAT）
不同變形時刻的應(yīng)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(yù)測中與原始模型保持一致，而在剪切修正后損傷發(fā)展顯著快于原始模型，利用作者提出的方法可以應(yīng)用于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下金屬材料的損傷分析，相關(guān)參數(shù)部分參考文獻(xiàn)，其中Kw=3.T1=0.2，T2=0.7.模擬結(jié)果符合文獻(xiàn)所提出方法的基本趨勢。
最后，如果有相關(guān)需要?dú)g迎通過公眾號“320科技工作室”聯(lián)系我們。
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Abaqus幫助文檔中，鋁合金三點彎曲的案例（延性損傷+剪切損傷）
threepointbending_alextrusion.rar
文檔.pdf
【螺栓斷裂】Abaqus韌性損傷與剪切損傷準(zhǔn)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(zhǔn)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(xù)承載，直到達(dá)到d點，材料失效，失去承載能力。
圖1-韌性金屬的全載荷區(qū)間應(yīng)力-應(yīng)變曲線
圖2-韌性金屬的損傷準(zhǔn)則
ABAQUS為韌性金屬提供不同的損傷初始化準(zhǔn)則，大致分為兩種類型：
金屬裂紋的損傷初始化準(zhǔn)則，包括韌性準(zhǔn)則（ductile damage、Johnson-Cook damage）和剪切準(zhǔn)則（shear damage）。也就是圖2中紅框內(nèi)的三個準(zhǔn)則，它們都屬于金屬承載后產(chǎn)生裂紋的準(zhǔn)則。
金屬板的徑縮不穩(wěn)定損傷初始化準(zhǔn)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(zhǔn)則，不在本文討論范圍。
圖3-漸進(jìn)損傷失效分類【摘自Abaqus材料本構(gòu)模型導(dǎo)圖，完整版鏈接】
····································常見問題解答····································
······Q1: 韌性準(zhǔn)則和剪切準(zhǔn)則有何不同？
······A1: 韌性金屬開裂有兩種主要機(jī)理，基于唯象觀察，仿真模擬這兩種機(jī)理時用到不同的損傷起始準(zhǔn)則（hooputra2004）：
機(jī)理1，由于內(nèi)部（微裂紋）的成核、生長和孔隙的聚集產(chǎn)生的韌性斷裂，這種情況下ductile damage、Johnson-Cook damage兩種韌性準(zhǔn)則是適用的，常見于拉伸工況。
圖4-機(jī)理1韌性斷裂
機(jī)理2，由于剪力帶局部化產(chǎn)生的剪切斷裂，這時shear damage比較適合，常見于剪切工況。
展開 Abaqus中考慮橫向剪切的復(fù)合材料厚殼單元分析
在前面的兩篇文章中，已經(jīng)對Abaqus復(fù)合材料殼單元分析模型的傳統(tǒng)建模方法和快捷建模方法做了詳細(xì)的介紹。熟悉Abaqus復(fù)合材料分析的人都知道，在采用二維Lamina復(fù)合材料模型配合殼單元進(jìn)行分析時，材料參數(shù)中除了輸入兩個方向模量E1,E2，面內(nèi)泊松比及面內(nèi)剪切模量G12之外，還要額外輸入兩個面外剪切模量G13和G23，如下圖所示。
這里的面外剪切模量G13和G23就是用來考慮橫向剪切變形的。
一般，針對薄板結(jié)構(gòu)（跨厚比大于20），通常做以下假設(shè)（Kirchhoof假設(shè)）：
(1)平行于中面 的各層互不擠壓：即垂直于中面法向的正應(yīng)力很小，可以忽略。
(2)直法線假設(shè)：變形前垂直于中面的直線段，在變形后仍保持是直線，且仍垂直于變形后的中面。
(3)撓度沿板厚度方向的變化可以忽略，即統(tǒng)一厚度各點的撓度都 等于中面的撓度
(4)板的中面無伸縮和剪切變形
根據(jù)上述假設(shè)，板的橫向變形為零，相當(dāng)于垂直于中面的各個面內(nèi)剪切模量無窮大。薄板理論的假設(shè)在求解薄板問題時，精度足以滿足工程計算要求。
但對于中厚板或者厚板、集中力作用點附近、薄板邊界周圍以及開孔周圍，上述理論將不再適用，誤差大甚至?xí)?dǎo)致錯誤的結(jié)果，因此為了解決此類問題，便有了考慮剪切變形的中厚板理論。
那么在Abaqus分析中怎么考慮橫向剪切變形的影響呢？Abaqus默認(rèn)的復(fù)合材料模型定義及截面屬性定義中是已經(jīng)考慮了橫向剪切的，軟件會自動計算橫向剪切剛度。
而薄板、中厚板的區(qū)分在于單元類型，如下圖所示，S8R5為薄殼單元的一種，S8R為厚殼單元的一種，在設(shè)置單元屬性時會有明確的說明：
現(xiàn)在，測試一下薄殼與厚殼計算結(jié)果的差異有多大。
展開 ABAQUS沖擊失效
使用子程序為 unifiber的vumat定義單元刪除
問題如下:
失效單元刪除后，位移載荷曲線有明顯的驟降，初步考慮是單元刪除引起的，有什么辦法解決嗎？真實數(shù)據(jù)沒有這部分驟降
圖示為三個選中單元的位置和輸出mises應(yīng)力值
有限元理論基礎(chǔ)及Abaqus內(nèi)部實現(xiàn)方式研究系列3：S4殼單元剪切自鎖和沙漏控制
圖1：剪切自鎖
圖2：沙漏
===S4殼單元剪切自鎖和沙漏控制研究總結(jié)===
完全積分單元才有剪切自鎖，雖然Abaqus的S4單元是完全積分，但內(nèi)部已經(jīng)做了修正完全消除了剪切自鎖，所以不需要用戶做任何設(shè)置。
減縮積分單元才有沙漏現(xiàn)象，Abaqus的S4R默認(rèn)增加一個人工的沙漏剛度來控制沙漏現(xiàn)象，如果發(fā)現(xiàn)結(jié)果還是不理想，那么需要采用其它建模方法才能控制沙漏了。
Abaqus針對剪切自鎖和沙漏控制做的修正如下：
單元類型
元素
修正情況
剪切自鎖
S4
薄膜剛度
假設(shè)應(yīng)變方法修正
面外彎曲剛度
無
面外橫向剪切剛度
假設(shè)應(yīng)變方法修正
S4R
所有項
無
沙漏控制
S4
薄膜剛度
無
面外彎曲剛度
無
面外橫向剪切剛度
沙漏控制，和Belytchko公式不一致，暫時沒研究
S4R
薄膜剛度
和Belytchko公式一致，因子取0.005G
面外彎曲剛度
和Belytchko公式一致，因子取0.00375G*4
面外橫向剪切剛度
沙漏控制，和Belytchko公式不一致，暫時沒研究
詳細(xì)研究方法，見附件：
有限元理論基礎(chǔ)及Abaqus內(nèi)部實現(xiàn)方式研究系列3：S4殼單元剪切自鎖和沙漏控制(SnowWave02 20171018).pdf
展開 
“ABAQUS斷裂與失效”專題
《ABAQUS斷裂與失效分析專題》.pdf
有限元理論基礎(chǔ)及Abaqus內(nèi)部實現(xiàn)方式研究系列15： 殼的剪切應(yīng)力
我們關(guān)注CAE中的結(jié)構(gòu)有限元，所以主要選擇了商用結(jié)構(gòu)有限元軟件中文檔相對較完備的Abaqus來研究內(nèi)部實現(xiàn)方式，同時對某些問題也會涉及其它的Nastran/Ansys等商軟。為了理解方便有很多問題在數(shù)學(xué)上其實并不嚴(yán)謹(jǐn)，同時由于水平有限可能有許多的理論錯誤，歡迎交流討論，也期待有更多的合作機(jī)會。
iSolver介紹視頻：
http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12884
==第15篇：殼的剪切應(yīng)力 ==
自編有限元應(yīng)力的校核除了Mises等合力外，也應(yīng)該校核各個應(yīng)力分量。材料力學(xué)中六個應(yīng)力分量如下：
其中Tau11，Tau22，Tau33為正應(yīng)力，Tau12,13,23為三個剪切應(yīng)力，對殼來說，Tau33=0，Tau12為面內(nèi)剪應(yīng)力，Tau13,23即為本文所說的橫向剪切應(yīng)力。
最近在做iSolver殼的應(yīng)力分量和Abaqus比對時，發(fā)現(xiàn)Abaqus的橫向剪切應(yīng)力和預(yù)想的不一致。iSolver按照常用的殼的理論得到的剪切應(yīng)力是個與厚度無關(guān)的常量，但Abaqus的橫向剪切應(yīng)力分量TSHR13，TSHR23，在各個截面方向積分點section point不一樣。
花了點時間細(xì)致的研究了一下，猜測Abaqus中剪切應(yīng)力TSHR13、23是真實應(yīng)力，但有限元理論和iSolver中計算的是板殼近似理論中平均剪切應(yīng)力。本章將介紹殼單元中實際的和板殼近似理論中的剪切應(yīng)力，也猜測了Abaqus的內(nèi)部實現(xiàn)流程，最后通過一個算例來驗算Abaqus中的真實的剪切應(yīng)力，并通過iSolver來計算板殼理論的平均剪切應(yīng)力。
1.1 殼的真實的剪切應(yīng)力
剪應(yīng)力是材料由于抗拒面之間的滑動而產(chǎn)生的沿表面方向的應(yīng)力。殼的中間層存在剪切應(yīng)力，這個可以通過下面簡單的例子驗證。
展開 abaqus材料失效模型？？？
求問各位技術(shù)大佬，在abaqus中建立碰撞沖擊類顯示動力學(xué)分析，對材料的失效模型怎么設(shè)定。如碰撞后單元的刪除怎么設(shè)置等，以及材料本構(gòu)模型如c-s本構(gòu)模型的參數(shù)，結(jié)合材料應(yīng)該怎么選擇？？？？
跪求大佬答疑！
ABAQUS-水下爆炸沖擊損傷失效例題
ABAQUS-水下爆炸沖擊損傷失效例題
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