復合材料失效理論的案例
復合材料失效理論知多少？（一）
Hashin
半個世紀以來，復合材料的失效理論一直是人們關注的問題。國內(nèi)外研究人員先后提出了幾十種理論，但到目前為止，還沒有一個理論能成功地預測我們所能觀察到的全部復合材料失效行為。
在絕大多數(shù)的文獻中，研究者都是通過將數(shù)值預測數(shù)據(jù)與試驗測試數(shù)據(jù)進行比較來尋求和驗證數(shù)值分析的有效性，很少去揭露自己的不足，時間久了，我們看到的都是XX理論預測的精度能達到10%以內(nèi)，XXX理論預測精度能達到5%以內(nèi)，失效模式也與試驗結(jié)果完全一致，以至于讓我們產(chǎn)生一種錯覺，復合材料失效理論已經(jīng)發(fā)展到了一個很成熟的階段。事實真的是這樣嗎，經(jīng)過兩屆世界復合材料失效運動會的評定，結(jié)論并不容樂觀。
每一種理論在提出時都有其前提條件和適用范圍，有些理論適用之廣、求解精度之高已遠超當初理論提出者自己的想象，這其中的推波助瀾者，不是別人，正是你我，我們水（動詞，你懂得）的那一篇篇精美絕倫的paper，積少成多，最好促成了當前這種尷尬局面。
正如本文開頭引用的Hashin自我評價那樣，“My only work on this subject relates to failure criteria of uni-directional fiber composites, not to laminates…I must say to you that I personally do not know how to predict the failure of a laminate”。
展開 一文掌握Abaqus中LaRC05(Pinho)失效理論的使用方法
【聲明】文章轉(zhuǎn)自復合材料力學微信公眾號，授權發(fā)布。
在前面的“復合材料失效理論知多少”系列文章中，已經(jīng)詳細介紹過Pinho理論及LaRC系列的失效理論，2015-2016年期間LaRC05在Abaqus中還處于內(nèi)部測試階段，2017版Abaqus就將LaRC05（Pinho）理論集成了。另外，Dyna 2019版中也集成了該判據(jù)。這么下去，留給大佬們發(fā)paper炫技的空間是越來越小了，O(∩_∩)O~。
有關Pinho理論、LaRC系列失效理論以及WWFE相關信息的讀者可以參考公眾號之前推送的文章，鏈接如下。
展開 【理論知識】Hashin復合材料漸進失效模型原理及參數(shù)詳解
在之前的文章里曾經(jīng)多次提到過Hashin準則，這是目前區(qū)分失效模式的判據(jù)中應用最廣泛的判據(jù)之一，已被Abaqus、Ansys、MSC等大型商業(yè)軟件所集成。無論中文還是外文有關采用Hashin準則進行復合材料漸進失效分析的文章也是鋪天蓋地、數(shù)不勝數(shù)，Hashin于1980年發(fā)表的一篇單向纖維增強復合材料失效準則的文章被引用了3790次。在提出該理論時，本來是用于預測單向復合材料失效行為的，然鵝，目前大家基本都在將其應用于層壓板的失效預測。
關于Hashin準則的描述以及在WWFE中的表現(xiàn)，之前已經(jīng)撰文描述過，此處不再贅述，感興趣的可以點擊下方鏈接了解詳情。
聊一聊世界復合材料失效運動會（WWFE）——搞復材失效而不知WWFE你就out了
復合材料失效理論知多少？（一）
本文主要講解一下Abaqus中使用Hashin失效判據(jù)以及基于能量的演化判據(jù)進行漸進失效分析時各種參數(shù)和變量的定義和來由。有一些讀者對這兩者的組合使用的非常熟練，但并不了解損傷演化過程中失效判據(jù)和臨界應變能釋放率是如何控制損傷擴展的，希望通過本文能幫助讀者對復合材料漸進失效分析有進一步的認識。
展開 《Composite Structures》：XFEM+UDMGINI實現(xiàn)復合材料擴展有限元分析
在之前的文章中，曾介紹了Abaqus中金屬結(jié)構(gòu)XFEM分析以及基于內(nèi)聚力的復合材料擴展有限元分析，詳情可點擊以下鏈接。
擴展有限元（XFEM）在結(jié)構(gòu)斷裂分析中的應用（1）（附案例）
【案例解析】如何使用XFEM擴展有限元模擬復合材料裂紋擴展
由于復合材料失效模式繁多，采用內(nèi)聚力模型時難以準確預測復合材料結(jié)構(gòu)面內(nèi)的復雜失效模式，因此，通常需要結(jié)合一些新的復合材料強度理論，如Hashin，Puck，LaRC05等，有關先進復合材料強度理論的內(nèi)容，可查看復合材料力學公眾號前期推送的《復合材料失效理論知多少》專題，可在歷史文章中查找，此處不再贅述。
通常在做復合材料漸進失效分析時，多采用UMAT、VUMAT、USDFLD、VUSDFLD等子程序來實現(xiàn)失效理論和損傷演化方式在有限元中的集成。上述方法都是通過單元刪除或者單元剛度退化來表征裂紋的擴展。且傳統(tǒng)的有限元方法（FEM）在處理這類問題時需要在局部對網(wǎng)格進行極其細致的劃分。而擴展有限元方法（XFEM）則可以打破這種局限性，在遇到應力場或者局部應力梯度較大的問題時，XFEM并不需要在某個特定的局部對網(wǎng)格進行特殊的處理，也可以得到比較準確的預測值。與此同時，XFEM還可以在沒有預制裂紋路徑的情況下，不需要重新劃分網(wǎng)格實現(xiàn)裂紋沿著任意路徑擴展。
2017版之后的Abaqus中所集成的LaRC05準則便是通過擴展有限元方法來模擬裂紋擴展，且在2021版以后又做了一些改進，具體可查看公眾號以前發(fā)布的3篇文章。
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(shù)達到 1 時，Tsai-Wu 準則預測達到失效狀態(tài)。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，F(xiàn)i和Fij均是通過實驗得到的強度參數(shù)，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(shù)為：
上式中，F(xiàn)1、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(shù)）則用后者，否則用前者。
理論上系數(shù)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(shù)的嘗試去確定這個參數(shù)，部分復合材料力學教材里給出過當
時誤差最小的結(jié)論。近期，諾丁漢大學李曙光老師從自洽性角度出發(fā)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 Samcef復合材料理論部分之失效準則
失效準則
為方便samcef復合材料用戶對模型的深入研究及仿真分析，samcef提供了所使用失效準則的背景理論。這里提供給大家分享，資料內(nèi)容主要介紹了如下內(nèi)容：Introduction; Elementary Failure Modes; Maximum stress theory; Maximal strain theory; TSAI HILL quadratic theory; TSAI WU quadratic theory; HASHIN multicriterion;
G7_Failure_Criteria.pdf
展開 技術鄰Abaqus復合材料高級培訓定制（長期有效）
隨著復合材料在各個領域的廣泛應用，復合材料仿真分析方面的需求也越來越多，為滿足高校、企業(yè)、科研院所的工作需求，特依托技術鄰平臺針對高校、企業(yè)、科研院所提供內(nèi)部培訓服務。
【課程內(nèi)容、目標及適用群體】：
該課程分為基礎班和高級班兩個階段，分別針對不同的群體。
基礎班為期兩天，第一天主要講解如何使用Abaqus對不同類型復合材料結(jié)構(gòu)進行建模分析，通過基礎班的課程學習，學員能夠掌握Abaqus復合材料結(jié)構(gòu)建模分析的基本方法，包括復合材料殼單元、連續(xù)殼單元、實體單元建模，顯式求解器及隱式求解器求解的使用，靜力學與動力學問題的求解等，能夠掌握基本層壓板、復雜層壓板、加筋板、夾層板等多種復合材料結(jié)構(gòu)的建模與分析。
基礎班第二天主要講解復合材料失效理論、面內(nèi)漸進損傷分析、層間/界面漸進損傷分析、三維VUMAT子程序開發(fā)等內(nèi)容；通過提高班課程的學習，學員能夠掌握Abaqus初始損傷分析、漸進損傷分析、基于Cohesive內(nèi)聚力模型的層間/界面漸進損傷分析、基于VCCT虛擬裂紋閉合技術的層間/界面裂紋擴展分析以及VUMAT子程序開發(fā)與應用等。
基礎班課程大部分都基于Abaqus/CAE進行操作，一小部分需要開發(fā)程序，適合尚不熟悉Abaqus復合材料分析的在校學生及工程單位CAE分析人員。
高級班主要講解多種復合材料子程序的開發(fā)、Puck失效理論子程序?qū)崿F(xiàn)、材料非線性表征、率相關特定表征等方面的內(nèi)容。通過該課程學習，能夠掌握復合材料UVARM子程序、USDFLD子程序、VUSDFLD子程序、UMAT子程序、VUMAT子程序的開發(fā)，能夠基于VUMAT子程序進一步針對Puck失效理論、材料非線性、率相關性進行深入開發(fā)。
展開 【12月7日-9日 西安】Abaqus復合材料分析技術培訓班-三天
本期培訓由技術鄰及復合材料力學公眾平臺聯(lián)合主辦
【課程內(nèi)容、目標及適用群體】：
該課程分為基礎班和高級班兩個階段，分別針對不同的群體。
基礎班為期兩天，第一天主要講解如何使用Abaqus對不同類型復合材料結(jié)構(gòu)進行建模分析，通過基礎班的課程學習，學員能夠掌握Abaqus復合材料結(jié)構(gòu)建模分析的基本方法，包括復合材料殼單元、連續(xù)殼單元、實體單元建模，顯式求解器及隱式求解器的使用，靜力學與動力學問題的求解等，能夠掌握基本層壓板、復雜層壓板、加筋板、夾層板等多種復合材料結(jié)構(gòu)的建模與分析。
基礎班第二天主要講解復合材料失效理論、面內(nèi)漸進損傷分析、層間/界面漸進損傷分析、三維VUMAT子程序開發(fā)等內(nèi)容；通過提高班課程的學習，學員能夠掌握Abaqus初始損傷分析、漸進損傷分析、基于Cohesive內(nèi)聚力模型的層間/界面漸進損傷分析、基于VCCT虛擬裂紋閉合技術的層間/界面裂紋擴展分析以及VUMAT子程序開發(fā)與應用等。
高級班安排在第三天，主要講解多種復合材料子程序的開發(fā)、Puck失效理論子程序?qū)崿F(xiàn)、材料非線性表征、率相關特定表征、子程序調(diào)試等方面的內(nèi)容。通過該課程學習，能夠掌握復合材料UVARM子程序、USDFLD子程序、VUSDFLD子程序、UMAT子程序、VUMAT子程序的開發(fā)，能夠基于VUMAT子程序進一步針對Puck失效理論、材料非線性、率相關性進行深入開發(fā)。該課程幾乎全部涉及程序開發(fā)，適合已掌握Abaqus基礎復合材料建模，在失效理論、程序開發(fā)、論文發(fā)表方面有更深入需求的研究生和科研人員。
學員可根據(jù)自身的條件和需求選擇適合自己的課程進行學習。
展開 【10月18日-20日 杭州】2019年第三期Abaqus復合材料培訓班
2019年第三期Abaqus復合材料培訓班將于2019年10月18日至20日在杭州舉辦，本期培訓由技術鄰主辦，復合材料力學公眾平臺提供技術支持。
在過去的一年半時間里，Abaqus復合材料培訓已舉辦共計5期，來自全國各地200多名學生、老師、工程技術人員參加了培訓，受到了廣泛的好評。在培訓的同時我們也在不斷地補充完善講義及配套學習資料，目前已形成相對系統(tǒng)、全面、深入的教學模式。
鑒于有個別培訓機構(gòu)在未經(jīng)授權的情況下擅自盜用本平臺發(fā)布的培訓大綱及講義，致使部分學員產(chǎn)生了誤解，現(xiàn)聲明，除技術鄰平臺、復合材料力學公眾平臺聯(lián)合舉辦的培訓之外，本平臺均不提供任何技術支持。
課程特色
最全面深入的Abaqus復合材料高級培訓，采用獨家講義，理論基礎結(jié)合實例操作，深入淺出，從基礎、進階到精通。3天純干貨，24小時極速能力提升。
課程內(nèi)容
該課程共計三天，前兩天為基礎班，第三天為高級班。
第一天主要講解如何使用Abaqus對不同類型復合材料結(jié)構(gòu)進行基本建模分析，通過基礎班的課程學習，學員能夠掌握Abaqus復合材料結(jié)構(gòu)建模分析的基本方法，包括復合材料殼單元、連續(xù)殼單元、實體單元建模，顯式求解器及隱式求解器求解的使用，靜力學與動力學問題的求解等，能夠掌握基本層壓板、復雜層壓板、加筋板、夾層板等多種復合材料結(jié)構(gòu)的建模與分析。
第二天主要講解復合材料失效理論、面內(nèi)漸進損傷分析、層間/界面漸進損傷分析等內(nèi)容；通過提高班課程的學習，學員能夠掌握Abaqus初始損傷分析、漸進損傷分析、基于Cohesive內(nèi)聚力模型的層間/界面漸進損傷分析、基于VCCT虛擬裂紋閉合技術的層間/界面裂紋擴展分析以及VUMAT子程序開發(fā)與應用等。
第三天主要講解多種復合材料子程序的開發(fā)、Puck失效理論子程序?qū)崿F(xiàn)、材料非線性表征、率相關特定表征等方面的內(nèi)容。
展開 【10月18日-20日 杭州】2019年第三期Abaqus復合材料培訓班
第三天主要講解多種復合材料子程序的開發(fā)、Puck失效理論子程序?qū)崿F(xiàn)、材料非線性表征、率相關特定表征等方面的內(nèi)容。通過該課程學習，能夠掌握復合材料UVARM子程序、USDFLD子程序、VUSDFLD子程序、UMAT子程序、VUMAT子程序的開發(fā)，能夠基于VUMAT子程序進一步針對Puck失效理論、材料非線性、率相關性進行深入開發(fā)。
講師介紹
從事復合材料設計與分析工作十多年，具有扎實的理論基礎和豐富的工程經(jīng)驗，精通Abaqus復合材料分析及各類程序開發(fā)，曾參與編寫多部復合材料專著，發(fā)表論文20余篇。
培訓大綱
培訓講義
培訓費用
標準費用：3980元/人，含培訓費、講義費、資料費及證書費。
食宿可統(tǒng)一安排，費用自理；
若單獨報名前兩天基礎班，費用：2500元/人；
若單獨報名第三天高級班，費用：1500元/人。
提前報名可免費觀看技術鄰Abaqus復合材料基礎建模視頻（四場直播）：http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c11469
時間及地點
時間：2019年10月18日-20日
地點：杭州
報名方式
1、點擊報名，填寫后會有工作人員主動聯(lián)系：http://wwwwwwww.mikecrm.com/waSgNNe
2、掃碼下方二維碼，聯(lián)系客服
未盡事宜請掃描上方二維碼，或咨詢微信客服，微信號：jishulink888
郵箱：info@jishulink.com
電話：0571-56700501
展開 2019年第三期Abaqus復合材料培訓班開始報名
第一天主要講解如何使用Abaqus對不同類型復合材料結(jié)構(gòu)進行基本建模分析，通過基礎班的課程學習，學員能夠掌握Abaqus復合材料結(jié)構(gòu)建模分析的基本方法，包括復合材料殼單元、連續(xù)殼單元、實體單元建模，顯式求解器及隱式求解器求解的使用，靜力學與動力學問題的求解等，能夠掌握基本層壓板、復雜層壓板、加筋板、夾層板等多種復合材料結(jié)構(gòu)的建模與分析。
第二天主要講解復合材料失效理論、面內(nèi)漸進損傷分析、層間/界面漸進損傷分析等內(nèi)容；通過提高班課程的學習，學員能夠掌握Abaqus初始損傷分析、漸進損傷分析、基于Cohesive內(nèi)聚力模型的層間/界面漸進損傷分析、基于VCCT虛擬裂紋閉合技術的層間/界面裂紋擴展分析以及VUMAT子程序開發(fā)與應用等。
第三天主要講解多種復合材料子程序的開發(fā)、Puck失效理論子程序?qū)崿F(xiàn)、材料非線性表征、率相關特定表征等方面的內(nèi)容。通過該課程學習，能夠掌握復合材料UVARM子程序、USDFLD子程序、VUSDFLD子程序、UMAT子程序、VUMAT子程序的開發(fā)，能夠基于VUMAT子程序進一步針對Puck失效理論、材料非線性、率相關性進行深入開發(fā)。
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君莫全系視頻75折優(yōu)惠及線下培訓課程介紹
基礎班主要講解如何使用Abaqus對不同類型復合材料結(jié)構(gòu)進行建模分析，通過基礎班的課程學習，學員能夠掌握Abaqus復合材料結(jié)構(gòu)建模分析的基本方法，包括復合材料殼單元、連續(xù)殼單元、實體單元建模，顯式求解器及隱式求解器求解的使用，靜力學與動力學問題的求解等，能夠掌握基本層壓板、復雜層壓板、加筋板、夾層板等多種復合材料結(jié)構(gòu)的建模與分析，該課程完全基于Abaqus/CAE進行操作，適合尚不熟悉Abaqus基本建模方法的在校學生及工程單位CAE分析人員。
提高班主要講解復合材料失效理論、面內(nèi)漸進損傷分析、層間/界面漸進損傷分析、三維VUMAT子程序開發(fā)等內(nèi)容；通過提高班課程的學習，學員能夠掌握Abaqus初始損傷分析、漸進損傷分析、基于Cohesive內(nèi)聚力模型的層間/界面漸進損傷分析、基于VCCT虛擬裂紋閉合技術的層間/界面裂紋擴展分析以及VUMAT子程序開發(fā)與應用等。該課程大部分都基于Abaqus/CAE進行操作，部分需要開發(fā)程序，適合已掌握Abaqus復合材料基礎建模方法，對發(fā)表論文質(zhì)量追求一般的在校碩士研究生及工程單位CAE分析人員。
高級班主要講解多種復合材料子程序的開發(fā)、Puck失效理論子程序?qū)崿F(xiàn)、材料非線性子程序?qū)崿F(xiàn)、率相關子程序開發(fā)、多層實體單元子程序開發(fā)等方面的內(nèi)容。通過該課程學習，能夠掌握復合材料UVARM子程序、USDFLD子程序、VUSDFLD子程序、UMAT子程序、VUMAT子程序的開發(fā)，能夠基于VUMAT子程序進一步針對Puck失效理論、材料非線性、率相關性進行深入開發(fā)。該課程幾乎全部涉及程序開發(fā)，適合已掌握Abaqus基礎復合材料建模，在失效理論、程序開發(fā)、論文發(fā)表方面有更深入需求的研究生、老師和科研人員。
學員可根據(jù)自身的條件和需求選擇適合自己的課程進行學習。
展開 材料失效強度理論整理【一】
內(nèi)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(tài)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。
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Abaqus復合材料失效理論及應用
10.復合材料漸進損傷分析
內(nèi)容：
(1)Abaqus內(nèi)嵌的二維失效判據(jù)使用方法
(Tsai-Wu,Tsai-Hill,Maxs等)
(2)Abaqus內(nèi)嵌的二維hashin判據(jù)使用方法
(3)Abaqus內(nèi)嵌二維hashin漸進失效分析方法（Standard、Explicit）
練習：
(1)復合材料層壓板多種失效判據(jù)使用
(2)開孔板拉伸模型漸進損傷分析
第二天下午
11. cohesive行為
12. VCCT技術
13.使用
Abaqus/Explicit模擬層壓板沖擊
內(nèi)容：
(1)內(nèi)聚力本構(gòu)模型的介紹
(2)cohesive單元建模（二維、三維）
(3)Surface-based cohesive粘接面的使用方法（Standard、Explicit）
(4)VCCT虛擬裂紋閉合方法介紹
(5)VCCT使用方法（Standard、Explicit）
(6)小球沖擊復合材料層壓板建模（殼單元）
(7)小球沖擊復合材料層壓板建模（連續(xù)殼單元）
(8)小球沖擊復合材料層壓板建模（實體單元+VUMAT子程序）
練習：
(1)DCB雙懸臂梁模型cohesive單元建模
(2)DCB雙懸臂梁模型cohesive粘接面建模
DCB雙懸臂梁模型VCCT建模
第三天上午
14.Abaqus復合材料 UVARM自定義輸出變量子程序及應用
Abaqus 復合材料USDFLD/VUSDFLD自定義場變量子程序開發(fā)及應用
內(nèi)容：
(1)講述使用FORTRAN 語言編寫UVARM子程序的方法。
展開 模擬復合材料層合板三點彎曲，層間定義cohesive單元, 復合材料層失效后單元刪除出現(xiàn)單元侵入干涉
本人采用隱式
動力分析法模擬了準靜態(tài)下復合材料層合板的三點彎曲過程，層間設置了cohesive接觸。當在復合材料層失效后，單元被刪除，出現(xiàn)結(jié)點穿透現(xiàn)象。這樣情況下得到的結(jié)果是否可靠呢，另，這個問題具體如何解決呢？？還請各位老師指點？萬分感謝！
