材料失效準則Ansys的案例
復(fù)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(yīng)用于拉伸、壓縮強度不同的各向異性復(fù)合材料。當層合板的失效指數(shù)達到 1 時，Tsai-Wu 準則預(yù)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(luò)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(shè)Fij=Fji，且假設(shè)正應(yīng)力和剪應(yīng)力之間、剪應(yīng)力與剪應(yīng)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(yīng)力自身帶不帶負號，如果壓縮應(yīng)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(yīng)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(fù)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 關(guān)于 Ls-Dyna中材料失效準則的定義
有些材料類型中有關(guān)于失效準則的定義，但是也有些材料類型沒有失效準則的材料類型，這時需要額外的失效準則定義，與材料參數(shù)一塊定義材料特性。需要用到*mat_add_erosion關(guān)鍵字，對于這個關(guān)鍵字有幾個需要注意的地方。
1、材料的通用性破壞準則：`
材料通常為拉破壞或者剪切破壞，靜水壓是以壓為正，拉為負，所以靜水壓破壞就是給出最小的承受壓力，當然需要小于0（即拉力），如果靜水壓小于該值，則材料破壞。相反，應(yīng)力則是以壓為負，拉為正，故最大主應(yīng)力或最大等效應(yīng)力或最大剪應(yīng)力破壞等等都是給出最大的應(yīng)力極限，當然大于0，如果拉應(yīng)力大于該值，則材料破壞，無論是*MAT_ADD_EROSION，還是材料內(nèi)部自帶的破壞準則還是其他軟件，都遵循以上準則。
注意：屈服不是失效。
2、單元失效模擬的功能與目的
單元刪除功能是為了克服有限元本身的缺陷而提出的一項方法，由于有限元本身是基于連續(xù)介質(zhì)力學的，而在連續(xù)介質(zhì)力學中，所研究的物體需要是連續(xù)的，既物質(zhì)域在空間中連續(xù)。在這樣的理論假設(shè)框架下，單元本身是不會消失的。然而在實際情況下，由于損傷斷裂的存在，勢必會使得一些單元消失或者完全的失效，所以為了能夠模擬這種情況，DYNA 提供了單元失效功能。
破壞、失效、斷裂，都是工程性的概念，它表示在達到某一準則后，結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、或者構(gòu)件中的某一部分，從結(jié)構(gòu)中退出工作，不再影響整體結(jié)構(gòu)的受力。而從有限元概念上說，對上述機制的模擬，基本手段都是一樣的，就是當滿足某一指標（比如某個應(yīng)變大小）后，將一個單元或者一個積分點的質(zhì)量、剛度和應(yīng)力、應(yīng)變都設(shè)為零（或者非常接近與零），這樣它在整體結(jié)構(gòu)計算中就不再發(fā)揮作用，進而實現(xiàn)了退出工作機制的模擬。
展開 Abaqus復(fù)合材料3D Hashin失效準則，脆性斷裂-Vumat
泊松比vij的值表示材料在i方向上受力時，在j方向上的橫向應(yīng)變。滿足vijEii=vjiEjj。
Hashin失效準則：
1.纖維拉伸失效模式：
2.纖維壓縮失效模式：
3.基體拉伸失效模式：
4.基體壓縮失效模式：
XT為1方向（纖維方向）拉伸強度，Xc為壓縮強度，Yt為2方向（基體方向）拉伸強度，Yc為壓縮強度，S12,S23,S13均為剪切強度，以上1~4任意一失效模式滿足，立即刪除單元。
Samcef復(fù)合材料理論部分之失效準則
失效準則
為方便samcef復(fù)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
Abaqus復(fù)合材料Larc05失效準則Umat子程序開發(fā)
LaRC05準則是NASA蘭利研究中心關(guān)于復(fù)合材料強度計算的理論。其吸收了Puck準則中關(guān)于基體失效的預(yù)測方法，并提出Kinking模型來描述纖維壓縮失效的起始。還考慮了就位強度、材料非線性等復(fù)雜問題近年來受到廣泛關(guān)注。
之前在https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1279990 這個帖子里介紹了Abaqus內(nèi)置的Larc05子程序調(diào)用方法，因為內(nèi)置的Larc05子程序是通過Udmgini子程序結(jié)合Xfem來實現(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。
通過編寫Umat子程序，對復(fù)合材料的損傷行為進行了模擬，計算結(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)于子程序二次開發(fā)或者復(fù)材仿真的問題可以聯(lián)系QQ1653004885或者關(guān)注CAE320公眾號
展開 ANSYS里的自定義失效準則怎么定義的？
想請教各位：
ANSYS里的自定義失效準則怎么定義的呢？一定要用UPFs編用戶子程序才行嗎？UPFs看起來非常復(fù)雜啊，怎么辦？
又沒有人做過這個阿？
謝謝了！！！！
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(jié)構(gòu)強度有限元仿真的過程中，我們經(jīng)常被問：結(jié)構(gòu)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(yīng)力，將仿真結(jié)果的應(yīng)力值和許用應(yīng)力進行比較，仿真應(yīng)力大于許用應(yīng)力就判斷不合格。
但是做了仿真就知道，計算結(jié)果的應(yīng)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(dǎo)致了成形結(jié)構(gòu)件不再是各向同性的材質(zhì)，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(jié)果評估。
這里先回顧下最常用的四大強度理論：（假設(shè)材料的許用應(yīng)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(yīng)力強度理論，即當結(jié)構(gòu)件的最大拉應(yīng)力大于材料測試的拉應(yīng)力限值時就判斷的結(jié)構(gòu)會失效。適用材料：脆性材料（如鑄鐵等）。只提取仿真結(jié)果的第一主應(yīng)力與材料應(yīng)力標準值進行比較。
即只需判斷：仿真結(jié)果的 與材料的許用應(yīng)力；
第二強度理論：最大拉應(yīng)變強度理論，即導(dǎo)致材料失效的主要因素是拉應(yīng)變。（這個本人用的少，就不誤導(dǎo)大家了）。
第三強度理論：最大剪切應(yīng)力強度理論，即結(jié)構(gòu)件的失效主要是因為切應(yīng)力最先達到了材料的許用切應(yīng)力。
我們是需要判斷仿真結(jié)果的最大剪應(yīng)力 與材料的。等效為 。
（但是我們沒有實測數(shù)據(jù)，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(yīng)力的一半。）
第四強度理論：我們最常用的Von mises應(yīng)力（畸變能密度理論），適用絕大多數(shù)塑性金屬材料的失效評估。
展開 ANSYS復(fù)合材料仿真分析及其在航空領(lǐng)域的應(yīng)用
板－梁－實體組合結(jié)構(gòu)：ANSYS將實體、板殼與梁等不同類型單元通過MPC技術(shù)相聯(lián)系，各類單元的節(jié)點不需要重合并協(xié)調(diào)，便于飛機等復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型的處理。
4.復(fù)合材料有限元模型的檢查：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型建立后，可以將板殼和梁單元顯示為實際形狀，還可以通過圖形顯示和列表直觀地觀察鋪層厚度、鋪層角度和鋪層組合形式，方便模型的檢查及校對。
5.復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)分析ANSYS層單元支持各種靜強度剛度、非線性、穩(wěn)定性、疲勞斷裂和振動特性等結(jié)構(gòu)分析。完成分析后，可以圖形顯示或輸出每個鋪層及層間的應(yīng)力和應(yīng)變等結(jié)果（雖然一個單元包含許多鋪層），根據(jù)這些結(jié)果可以判斷結(jié)構(gòu)是否失效破壞和滿足設(shè)計要求。
6.復(fù)合材料失效準則ANSYS已經(jīng)預(yù)定義了三種復(fù)合材料破壞準則來評價復(fù)合材料結(jié)構(gòu)安全性，包括最大應(yīng)變/應(yīng)力失效準則，蔡－吳（Tsai-Wu）準則。每種強度準則均可定義與溫度相關(guān)，考慮不同溫度下的材料性能。另外，用戶也可自定義最多達六種的失效準則，對特殊復(fù)合材料進行失效判斷。
7.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)層間剪切應(yīng)力：復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的層間剪切應(yīng)力，幾乎完全依靠層間界面的樹脂基體承載，很容易導(dǎo)致層合結(jié)構(gòu)的分層破壞，是整個結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。通常的有限元分析依據(jù)經(jīng)典的層合板理論，各鋪層按平面應(yīng)力狀態(tài)計算，不考慮層間應(yīng)力，不夠精確。ANSYS可以利用各鋪層單元在厚度方向上的疊加來模擬層合結(jié)構(gòu)，彌補了經(jīng)典理論的不足，可以精確地求解層間應(yīng)力。
8.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力分析：復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的各向異性和鋪層方向的不對稱造成的耦合效應(yīng)，使復(fù)合材料結(jié)構(gòu)即使均勻升溫也會在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力。復(fù)合材料這一特性與普通均勻材料大為不同，因此復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力分析必須引起重視。
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