ansys 材料失效的案例
Ansys Workbench正交各項異性（橫觀各向同性）材料強度失效評估 ￥10
問題：
在做結構強度有限元仿真的過程中，我們經常被問：結構在某個載荷下能不能用，材料會不會失效。回答這個問題的邏輯也簡單：給出材料的許用應力，將仿真結果的應力值和許用應力進行比較，仿真應力大于許用應力就判斷不合格。
但是做了仿真就知道，計算結果的應力提取類型有很多，而可查到的材料測試標準值又少的可憐。尤其是最近遇到一種纖維增強塑料的強度仿真問題，要判斷塑料件在給定載荷下是否失效。
示例：
塑料件是PA的基體，然后注塑成型的過程中加了玻纖增強材料（PA + GF20）。這就導致了成形結構件不再是各向同性的材質，變成了各向異性。常用的四大強度理論似乎不再適用其強度失效的結果評估。
這里先回顧下最常用的四大強度理論：（假設材料的許用應力是最易查到標準拉伸屈服強度或抗拉強度）
第一強度理論：最大拉應力強度理論，即當結構件的最大拉應力大于材料測試的拉應力限值時就判斷的結構會失效。適用材料：脆性材料（如鑄鐵等）。只提取仿真結果的第一主應力與材料應力標準值進行比較。
即只需判斷：仿真結果的 與材料的許用應力；
第二強度理論：最大拉應變強度理論，即導致材料失效的主要因素是拉應變。（這個本人用的少，就不誤導大家了）。
第三強度理論：最大剪切應力強度理論，即結構件的失效主要是因為切應力最先達到了材料的許用切應力。
我們是需要判斷仿真結果的最大剪應力 與材料的。等效為 。
（但是我們沒有實測數據，這里我就認為標準試驗拉伸試驗中，當材料達到屈服時，材料的剪切強度 ，即材料許用剪切強度是拉伸試驗測試的拉伸應力的一半。）
第四強度理論：我們最常用的Von mises應力（畸變能密度理論），適用絕大多數塑性金屬材料的失效評估。
展開 失效是特指材料失效嗎？
材料按其性能與用途，一般分為結構材料和功能材料。結構材料是以力學性能為主要特征；功能材料是以物理、化學等性能為主要特征。二者性能的不同是由微觀結構和元素屬性所決定。
材料的失效行為主要取決于微觀結構和宏觀形態的變化。確定不同材料的失效模式、失效機理、失效缺陷與失效起因的相互關系，是失效分析學科的核心內容。
失效含義：
1，國標GB3187-82《可靠性基本名詞術語及定義》定義的失效 ：“產品喪失規定的功能，對可修復產品通常稱為故障。”
2，《材料大辭典》定義的失效，又稱復合材料的破壞，指復合材料在經過某些物理、化學過程后（如載荷作用、材料老化、溫度和濕度變化等）發生了尺寸、形狀、性能的變化而喪失了規定的功能。
3，《美國金屬學會手冊》定義的按照 《ASM Handbook 》的定義，服役的任何構件出現以下三種狀態之一時即為失效：
（1）完全不能修復時；
（2）仍可以使用，但不能滿意地達到規定的功能時；
（3）受到嚴重損傷而不能繼續安全可靠地使用時。
由此可見，除《材料大辭典》直接定義為材料失效以外，其余的定義指產品或者構件的功能降低或者受損等；某些功能受損而失效，如油井的通徑無法滿足鉆頭通過而導致的失效是與材料自身無關的。
展開 復合材料失效理論知多少（十）——Tsai–Wu失效準則
Tsai-Wu 失效準則是一種唯象材料失效理論，廣泛應用于拉伸、壓縮強度不同的各向異性復合材料。當層合板的失效指數達到 1 時，Tsai-Wu 準則預測達到失效狀態。該失效準則是一般二次失效準則的特例，可以表示為以下形式：
其中，Fi和Fij均是通過實驗得到的強度參數，σi和σij采用的是二階張量的Voigt標記方式，如果假定破壞包絡面是封閉凸面，相互作用項Fij還需要滿足下列約束：
這也就意味著Fii項必須是正值。
對于具有三個對稱平面的正交各向異性材料，如果假設Fij=Fji，且假設正應力和剪應力之間、剪應力與剪應力之間沒有耦合的條件下，Tsai-Wu 失效準則的一般形式簡化為：
通常，正交各向異性材料在三個方向的單軸拉伸、壓縮強度表示為σ1t、σ1c、σ2t、σ2c、σ3t、σ3c，剪切強度表示為S23、S31、S12。那么正交各向異性 Tsai-Wu 失效準則的系數為：
上式中，F1、F2、F3、F44、F55、F66可以通過簡單地單軸拉伸實驗或剪切試驗得到，另外，在有的教科書中F1、F2、F3、F11、F22、F33表示為：
兩者差了一個負號，這取決于壓縮應力自身帶不帶負號，如果壓縮應力自帶負號（負數）則用后者，否則用前者。
理論上系數F12、F13、F23可以通過等雙軸試驗（兩個方向應力相同）來確定。如果等雙軸拉伸的破壞強度是：
則F12、F13、F23可以表示為：
但是實際上，等雙軸試驗測定很難，在過去的幾十年中，也有無數的嘗試去確定這個參數，部分復合材料力學教材里給出過當
時誤差最小的結論。近期，諾丁漢大學李曙光老師從自洽性角度出發對F12的合理取值給出了唯一地確定，也使得Tsai-Wu理論更加完備。
展開 ABAQUS中材料失效控制，失效把控 ￥15
ABAQUS軟件免費介紹
Ansys復合材料結構分析總結（概述篇）
關于Solid 46單元
（1） Solid 46是用于模擬復合材料厚殼或實體的8節點三維層合結構單元，單元節點有x,y和z方向三個結構自由度，單元允許最多250層不同的材料；
（2） 這種單元的定義包括：8個節點、各層厚度、各層材料方向角和正交各項異性材料屬性，其中每層可以為面內兩個方向雙線性的不等厚層；
（3） 在材料定義時，只需定義材料主方向和材料坐標系（單元坐標系）一致的材料參數，不一致的復合材料層通過定義材料方向角（該層材料主方向和材料坐標系所成的角度）由程序自動轉換；
（4） 通過選擇不同的層直接在單元坐標下獲取單元應力，包括三個方向的應力和面內剪切應力，而不需要通過應力應變的轉換來獲取；
論壇問答：
Q：ANSYS如何處理失效后的材料退化呢？
A：ANSYS沒有直接提供材料失效后的退化，但可以自己寫程序讓ANSYS執 行。 ANSYS可以用失效準則判斷材料是否失效，之后剛度降低可以通過實驗 測得。再將實驗數據輸入到ANSYS中，對失效的單元重新進行分析。
共同討論！ Ansys確實沒有直接提供材料失效后的退化的處理方法。我們在進行復合材料結構分析時，通常采用單層模量退化的估算方法，這種估算方法就是將帶有裂紋層的橫向、剪切模量與泊松系數全部用一組經過DF因子退化的新值替代，為了考慮壓縮強度的下降，對單向復合材料的壓縮強度也要DF因子退化（詳細信息可以參考蔡為侖的《復合材料設計》一書），這樣，我們就可以再結合Ansys的APDL來處理了。
展開 金屬韌性損傷材料失效模型應用實例-Abaqus/Explicit鋼制管狀結構多工況沖擊損傷失效分析 ￥49.9
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 材料失效比你想象的恐怖！
自1903年12月世界上誕生第一架飛機以來，航空事業已走過了117年的路程，在這一百多年里，在失效分析的伴隨下，飛機的安全性水平有了顯著的提高。未來隨著航空器的發展，新設備、新材料、新工藝在航空器上不斷涌現，更需要航空工作者們集中智慧，采用更加先進的檢測手段和分析技術，來解決失效分析面臨的新問題，求得新發展。
來源：熱處理生態圈、航空知識
LS-DYNA | 材料的失效模型
失效模型
失效為材料發生故障的開始
失效對材料剛度和強度無影響
失效模型比損傷模型計算簡單
失效模型通常從實驗中識別的參數少
損傷模型
損傷為材料失效的開始
損傷對材料的剛度和強度有影響
損傷模型比失效模型計算復雜
損傷模型需要確定更多參數
一些失效模型
*MAT_PIECWISE_LINEAR_PLASTICITY（#024）
考慮各項同性硬化和應變速率影響的von mises彈塑性材料模型，是基于等效塑性應變的失效模型、
*MAT_MODIFIED_PIECWISE_LINEAR_PLASTICITY（#123）
基于等效塑性應變或主應變的失效模型
*MAT_JOHNSON_COOK（#015）
*MAT_MODIFIED_JOHNSON_COOK（#107）
與溫度和應變率相關的材料，失效準則為應力三軸比的函數。
*MAT_VTM_STM（#135）
正交各項異性彈塑性材料模型，基于Cockcroft-Latham和Bressan-Williams斷裂準則。
展開 材料失效強度理論整理【一】
內容來自《材料力學》《復合材料力學》
一、 各向同性材料
1. 最大正應力理論
認為材料進入失效狀態的標志是最大正應力大于極限應力。
、
是材料單向拉伸，壓縮下的極限應力值。
2.最大剪應力理論
認為材料失效的原因是最大剪應力達到極限值。
3. 最大線應變理論
認為材料失效是因為最大的線應變達到最大值。
4. 最大歪形能理論
認為材料失效的原因是材料的最大歪性能大于極限值。
是材料單向拉伸的極限應力
二、正交各向異性單層復合材料
1. 最大應力理論
認為材料主方向應力應該小于各自對應強度，否則材料失效。
2.最大應變理論
和最大應力理論類似，但認為應變是材料是失效的原因。
展開 材料缺陷引起的失效
在大量的零件斷裂事故中由于材料缺陷引起的失效占有相當大的比重。材料缺陷包括金屬夾雜物與非金屬夾雜物，鋼錠偏析、結晶偏析、氣孔偏析，鋼中的氣體，鑄造缺陷等等。
一、機車十字頭斷裂分析
機車在行進途中十字頭突然斷裂。十字頭實物照片見圖10-1。十字頭內側板斷口宏觀形貌見圖10-2。
圖10-1 十字頭斷裂實物照片
圖10-2 十字頭內側板宏觀斷口
1. 化學成分Wt(％)
表：化學成份
硫含量過高
2. 機械性能
表：機械性能
3. 金相分析
對內側板斷口的背面作硫印和低倍檢驗看出，鑄件存在較嚴重的表面氣孔，疏松以及硫的偏析等缺陷。金相組織為鐵素體+珠光體。晶粒度5～6級，氧化物1.5級，硫化物3.0級。
4. 斷口的宏觀分析
斷口無明顯的塑性變形，有明顯的臺階存在，并隱約可見到貝紋線，屬多源疲勞斷裂 內側板斷口疲勞源位于鑄件表面一側，源區表面光滑。
5. 掃描電鏡分析
從疲勞源區及疲勞裂縫擴展區切取試樣，分別在電鏡下觀察。觀察發現內側板斷口的疲勞源區存在表面氣孔和表面孔洞等缺陷，見圖10-3和圖10-4。
圖10-3 表面氣孔 ×30
圖10-4 表面孔洞 ×50
在斷口上可見到較多的顯微空隙(疏松缺陷)見圖10-5在疲勞擴展區中可見到疲勞輝紋及受研磨的形態。這說明十字頭斷裂為機械疲勞斷裂。
圖10-5顯微空隙
通過對十字頭斷裂的綜合分析，結論是以其鑄件表面的氣孔，孔洞等鑄造缺陷為疲勞的機械疲勞斷裂。
二、篩板斷裂分析
篩板熱成型或熱成型淬火后，在篩板篩孔邊緣產生縱向和橫向裂紋。放置一段時間后裂紋尺寸增大、數量增多，甚致發生斷裂。
1.
展開 不用UMAT也能分析復合材料失效情況？
<h3 class="ql-align-center"><strong style="color: rgb(77, 77, 77);">靜力失效的兩種分析思路</strong></h3><p>《談材料力學行為研究的標配—ABAQUS UMAT》一文中，我們介紹了UMAT的一些基本信息，從現在做深入研究和做論文的角度來說，研究材料失效似乎已經離不開子程序。然而在工程中，我們常常面臨的場景是強度校核，而非一定要把材料失效的點算準。</p><p>目前對于復合材料的靜力失效主要材料兩種思路：</p><p>(1) 思路一，漸進失效分析。該思路的目標是計算結構的失效極限。對結構逐級加載，并監測失效單元，對加載過程中出現失效的單元進行性能折減，當失效單元數量達到一定程度，載荷變形曲線掉落，此時認為結構失效。</p><p>(2) 思路二，校核安全。在完成應力計算后，采用一定的強度準則進行失效判斷，從而確定設計載荷是否滿足安全要求。</p><p>思路一通常適用于結構簡單的模型，并需要開發專門的UMAT本構程序，且對單元的使用限制很大。實際的結構件大都鋪層較厚，采用該思路需要將每一層進行單獨的網格離散，給網格質量控制與生成帶來了困難。</p><p>相比之下，思路二更適用于工程計算。我們今天就給出一個針對復合材料構件校核安全的實現方法。</p><h3 class="ql-align-center"><strong>基本思路</strong></h3><p>ABAQUS內置了復合材料殼的2D強度準則。如果是實體單元或者自定義強度準則，就需要我們脫離ABAQUS對結果進行后處理。</p><p>思路如下圖，該思路的適用場景是，單元的層數和實際鋪層并不對應，ABAQUS的鋪層模塊會根據鋪層信息和單向帶材料參數，完成等效材料參數的計算。
展開 
LS-DYNA模擬材料的隨機失效
材料左右/上下并非對稱結構
如果不是隨機失效，材料呈現1/4對稱
hypermesh中定義材料失效
hypermesh中定義材料失效
即*MAT-ADD-EROSION中第一行是什么意思?
abaqus材料失效模型？？？
求問各位技術大佬，在abaqus中建立碰撞沖擊類顯示動力學分析，對材料的失效模型怎么設定。如碰撞后單元的刪除怎么設置等，以及材料本構模型如c-s本構模型的參數，結合材料應該怎么選擇？？？？
跪求大佬答疑！
復合材料加筋板的失效模擬 ￥20
1.介紹
通過修改復合材料加筋板的材料屬性、定義鋪層的失效準則、創建XFEM區域，對復材加筋板進行分析，模擬結構的失效過程。方法教程來自于外網，附件是自己根據教程練習時建的cae模型，供參考。
以下是加筋板的幾何結構及材料鋪層信息。
圖1 加筋板結構
圖2 加筋板各部分材料
此模型的主要目的是蒙皮鋪層中的纖維拉伸破壞，可以采用最大主應力破化準則來模擬。主要考察的失效區域是在蒙皮孔的周圍。
以下主要介紹復材屬性、失效參數、鋪層方向和XFEM的定義。
2.復材屬性
首先按工程常數的方法定義T300/M18的材料屬性。之后按最大主應力準則定義失效參數。定義損傷演化和損傷穩定粘合系數。
由于載荷方向的設置，0°鋪層更容易出現纖維拉伸失效，而90°鋪層則主要是基體失效。因此我們只是在孔邊區域的0°鋪層加入了損傷參數。
圖3 失效參數設置
圖4 斷裂能定義
圖5 對于失效考核區的0°鋪層，賦予的屬性中應該包含失效參數
3.材料鋪層方向
之后定義鋪層方向。
圖6 方向定義
4.定義XFEM
把含有損傷參數的區域定義XFEM。
圖7 XFEM定義
5.后處理
圖8 后處理效果
圖9 開裂效果
PS：文字編輯在word中完成，復制到帖子中排版變得有些亂。
模型本人開的四核計算，大概是十幾個小時可以算好。計算過程中產生的stt狀態文件大概在三四十個G左右，需要準備好磁盤空間。
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