ABAQUS材料破壞準(zhǔn)則的案例
abaqus幾種材料破壞準(zhǔn)則的設(shè)定
在abaqus 里面的progress damage 的failure 主要是在描述材料進(jìn)入塑性之后，我們可以附加一個(gè)破壞準(zhǔn)則以及達(dá)到破壞準(zhǔn)則之后的應(yīng)力應(yīng)變路線。
這個(gè)針對(duì)ductile material主要有兩種準(zhǔn)則可以定義。Ductile fracture of metals可以做剪切也可以做拉伸。這個(gè)拉伸的行為就是在拉伸的過(guò)程中在材料中間會(huì)開(kāi)始慢慢的產(chǎn)生孔隙，持續(xù)拉伸的孔隙就會(huì)聚合到直到形成一個(gè)斷裂面。
下面這個(gè)sheet metal forming 主要是針對(duì)sheet metal 的成型的準(zhǔn)則。這個(gè)準(zhǔn)則主要就是有最大主應(yīng)變跟最小主應(yīng)變來(lái)去作為它判斷的依據(jù)。如果達(dá)到破壞的時(shí)候，就可以看到這個(gè)薄板在成型的過(guò)程中就會(huì)破裂。
要講這個(gè)progressive damage ，最主要我們都還是要回到這張應(yīng)力應(yīng)變圖來(lái)看。
之前介紹的就是elastic 加上plastic。
如果plastic定義的很完整的話，他就會(huì)一直往前往往后延伸，然后直到破壞。但在中間的過(guò)程里面，實(shí)際上我們還是必須得加上一個(gè)damage initiation判斷在變形的過(guò)程中是不是有達(dá)到某一種形式的破壞準(zhǔn)則。那如果沒(méi)有達(dá)到還沒(méi)有達(dá)到準(zhǔn)則的話，就會(huì)持續(xù)的往后發(fā)展。在plastic里面，如果在塑性段的某一個(gè)點(diǎn)做了unloading之后，材料的應(yīng)力會(huì)沿著一直斜率下降，在這里面是把這一段的應(yīng)變定為塑性應(yīng)變。但是如果在damage 準(zhǔn)則里再發(fā)生破壞，這個(gè)點(diǎn)他回退回來(lái)的這個(gè)點(diǎn)，我們將這一段的應(yīng)變稱為fracture strain。
在達(dá)到破壞準(zhǔn)則之后，所走的路徑叫做damage response。在abaqus里面就叫做damage evolution。
展開(kāi) 復(fù)合材料的比應(yīng)變能密度破壞準(zhǔn)則
https://zhuanlan.zhihu.com/p/612344564
聲明：本文僅介紹他人成果
今天找文獻(xiàn)的時(shí)候看到中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所在88年發(fā)的一文章，文章很短，講了了一個(gè)復(fù)材準(zhǔn)則:比應(yīng)變能密度破壞準(zhǔn)則.可以用于預(yù)測(cè)復(fù)合材料破壞強(qiáng)度（在什么應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生失效）。
復(fù)合材料層合板(composite laminates)沖擊破壞-Hashin準(zhǔn)則實(shí)例
附件中是復(fù)合材料層合板建模的基本操作過(guò)程,step by step,希望對(duì)初學(xué)者有所幫助
1 幾何模型
復(fù)合材料層合板（layup）建模操作過(guò)程.pdf
2 鋪層 此模型中板尺寸80mm*80mm，[0/450/90/0]s,厚度1.25mm. 材料屬性采用elastic------type/ Engineering Constants--輸出Ei和Miu、G等力學(xué)常數(shù)。 破壞準(zhǔn)則用Hashin準(zhǔn)則（注：此模型中參數(shù)均為隨意選取，不可用于實(shí)際模擬）
鋪層：
然后query--ply stack plot查看鋪層:
3 step：顯示動(dòng)力計(jì)算。step time粗略選為0.0006s，輸出stress，strain，strain-rate，接觸力等量。 后來(lái)試算發(fā)現(xiàn)0.0006太長(zhǎng)了，再改為0.0003s計(jì)算。
4 邊界條件：板四邊固支；球設(shè)置為剛體，施加向下方向初速度55m/s，球體其他方向自由度約束住。
5 接觸： 球體與板通用接觸。也可以用面面接觸（對(duì)于這個(gè)模型，接觸屬性加不加摩擦差別不大）。
6 網(wǎng)格：S4R單元，勾選element deletion ，Max degration用0.9
7 后處理：輸出沖擊力---時(shí)間曲線，輸出應(yīng)變率。
應(yīng)變率高達(dá)10000，說(shuō)明對(duì)于一般的材料，應(yīng)變率效應(yīng)是應(yīng)該納入考慮的（此模型暫未考慮）。
注意：
1 此例子沒(méi)有考慮溫度變化及其影響，沒(méi)有考慮應(yīng)變率影響。
展開(kāi) 復(fù)合材料層合板(composite laminates)沖擊破壞-Hashin準(zhǔn)則實(shí)例
1 幾何模型 創(chuàng)建復(fù)合材料板及shell模型。
2 鋪層 此模型中板尺寸80mm*80mm，[0/450/90/0]s,厚度1.25mm. 材料屬性采用elastic------type/ Engineering Constants--輸出Ei和Miu、G等力學(xué)常數(shù)。 破壞準(zhǔn)則用Hashin準(zhǔn)則（注：此模型中參數(shù)均為隨意選取，不可用于實(shí)際模擬）
鋪層：
然后query--ply stack plot查看鋪層:
3 step：顯示動(dòng)力計(jì)算。step time粗略選為0.0006s，輸出stress，strain，strain-rate，接觸力等量。 后來(lái)試算發(fā)現(xiàn)0.0006太長(zhǎng)了，再改為0.0003s計(jì)算。
4 邊界條件：板四邊固支；球設(shè)置為剛體，施加向下方向初速度55m/s，球體其他方向自由度約束住。
5 接觸： 球體與板通用接觸。也可以用面面接觸（對(duì)于這個(gè)模型，接觸屬性加不加摩擦差別不大）。
6 網(wǎng)格：S4R單元，勾選element deletion ，Max degration用0.9
7 后處理：輸出沖擊力---時(shí)間曲線，輸出應(yīng)變率。
應(yīng)變率高達(dá)10000，說(shuō)明對(duì)于一般的材料，應(yīng)變率效應(yīng)是應(yīng)該納入考慮的（此模型暫未考慮）。
注意：
1 此例子沒(méi)有考慮溫度變化及其影響，沒(méi)有考慮應(yīng)變率影響。
2 Hashin 在field output中無(wú)法輸出，只能在history output輸出。
展開(kāi) 
使用Abaqus求解金屬材料斷裂破壞實(shí)例
本文簡(jiǎn)單介紹使用Abaqus計(jì)算帶有漸進(jìn)損傷破壞參數(shù)的韌性金屬模型，圖 1為典型材料漸進(jìn)損傷曲線，其中A點(diǎn)為漸進(jìn)損傷起始點(diǎn)，AB段為材料損傷過(guò)程，點(diǎn)B為材料完全失效點(diǎn)。
圖 2為Abaqus漸進(jìn)損傷破壞相關(guān)參數(shù)，F(xiàn)racture strain為破壞應(yīng)變、stress triaxiality為應(yīng)力三軸度、strain rate為破壞應(yīng)變率、displacement at failure為漸進(jìn)損傷失效位移。
算例:
該模型分為兩部分，上端為限位座，限位座兩螺栓孔為固定約束，下端為限位塊，限位塊整個(gè)為剛性體，剛性參考點(diǎn)處施加強(qiáng)制位移，兩部分接觸位置定義接觸關(guān)系。
下表為整個(gè)模型的計(jì)算結(jié)果
使用abaqus求解金屬材料斷裂破壞實(shí)例.pdf
展開(kāi) Abaqus復(fù)合材料3D Hashin失效準(zhǔn)則，脆性斷裂-Vumat
對(duì)于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的模擬，在ABAQUS中，集成了二維Hashin失效準(zhǔn)則與多種損傷演化準(zhǔn)則，但缺少三維的復(fù)合材料本構(gòu)模型。
參考已有的3Dhashin失效準(zhǔn)則編寫(xiě)復(fù)合材料脆性斷裂子程序。
首先介紹該子程序的使用方法
1.在ABAQUS中建立三維復(fù)合材料模型，這里建立一個(gè)簡(jiǎn)單的方塊。1,2方向分別表示絲束的方向，3方向表示垂直于1，2的方向，也就是面外方向。
2.建立材料屬性（圖片中材料參數(shù)為假設(shè)值）
表1 16個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)含義
1
2
3
4
5
6
7
8
E11
E22
E33
G12
G13
G23
U12
U13
9
10
11
12
13
14
15
16
U23
1方向拉伸強(qiáng)度
1方向壓縮強(qiáng)度
2方向拉伸強(qiáng)度
2方向壓縮強(qiáng)度
12方向剪切強(qiáng)度
13方向剪切強(qiáng)度
23方向剪切強(qiáng)度
3.建立顯示Explicit計(jì)算時(shí)間步，在場(chǎng)變量中勾選輸出 SDV和 STATUS.
4.劃分網(wǎng)格，賦給Explicit 3D stress單元類(lèi)型，邊界條件根據(jù)需要設(shè)定即可。此處劃分為一個(gè)單元，單向加載。建立Job，提交模型前在Job中選擇該子程序，進(jìn)行計(jì)算。
5.查看結(jié)果，滿足失效準(zhǔn)則后無(wú)承載，單元被刪除。
子程序輸出的state1-6為儲(chǔ)存的應(yīng)變（順序?yàn)?1 22 33 12 23 13），state7為單元?jiǎng)h除變量，state8-11為Hashin失效判斷系數(shù)（0~1）。
接下來(lái)簡(jiǎn)要介紹該子程序的相關(guān)理論
彈性階段總應(yīng)力與總彈性應(yīng)變之間的關(guān)系為
式中，σ是柯西應(yīng)力，S0是柔度矩陣，ε是彈性應(yīng)變。
展開(kāi) Abaqus復(fù)合材料Larc05失效準(zhǔn)則Umat子程序開(kāi)發(fā)
LaRC05準(zhǔn)則是NASA蘭利研究中心關(guān)于復(fù)合材料強(qiáng)度計(jì)算的理論。其吸收了Puck準(zhǔn)則中關(guān)于基體失效的預(yù)測(cè)方法，并提出Kinking模型來(lái)描述纖維壓縮失效的起始。還考慮了就位強(qiáng)度、材料非線性等復(fù)雜問(wèn)題近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。
之前在https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1279990 這個(gè)帖子里介紹了Abaqus內(nèi)置的Larc05子程序調(diào)用方法，因?yàn)閮?nèi)置的Larc05子程序是通過(guò)Udmgini子程序結(jié)合Xfem來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此還是存在一定的局限性的。本帖考慮了復(fù)合材料的剪切非線性行為，在材料本構(gòu)中引入了Hahn-Tsai的剪切非線性模型
式中，β為剪切非線性因子。
通過(guò)編寫(xiě)Umat子程序，對(duì)復(fù)合材料的損傷行為進(jìn)行了模擬，計(jì)算結(jié)果如下。
90度鋪層損傷和載荷位移曲線
0度鋪層損傷和載荷位移曲線
45度鋪層損傷和載荷位移曲線
由上圖可以看出，引入剪切非線性后，45度鋪層試驗(yàn)件的拉伸曲線表現(xiàn)出明顯的非線性行為
有關(guān)于子程序二次開(kāi)發(fā)或者復(fù)材仿真的問(wèn)題可以聯(lián)系QQ1653004885或者關(guān)注CAE320公眾號(hào)
展開(kāi) 