ANSYS考慮尺寸效應(yīng)的案例
考慮尺寸效應(yīng)的剪切修正GTN模型：CMSG-GTN
針對這一問題，作者構(gòu)建了一套可概括為CMSG-GTN的分析框架：一方面，在傳統(tǒng)GTN模型基礎(chǔ)上引入剪切損傷變量，用于表征低應(yīng)力三軸度條件下的剪切主導(dǎo)失效；另一方面，將機(jī)制型應(yīng)變梯度理論引入有限元分析，以刻畫超薄板在微尺度下顯著存在的尺寸效應(yīng)。前者解決了“傳統(tǒng)GTN不擅長描述剪切斷裂”的問題，后者解決了“常規(guī)塑性理論忽略微尺度強(qiáng)化”的問題。換句話說，作者不是簡單修補(bǔ)GTN模型，而是把“剪切損傷”和“尺寸效應(yīng)”同時納入同一框架中，用來解釋超薄板沖裁中的真實失效過程。
在實驗與仿真結(jié)果上，這篇文章給出了幾個很有價值的結(jié)論。首先，超薄板沖裁斷口可以分為彎曲區(qū)、光亮區(qū)和斷裂區(qū)，且對稱面比自由面更早發(fā)生斷裂，說明裂紋并不是均勻萌生的，而具有明顯的空間優(yōu)先位置。其次，SEM觀察和數(shù)值模擬都表明，雖然斷口附近能夠看到微孔，但這些微孔尺寸較小、發(fā)展有限，并未達(dá)到主導(dǎo)斷裂的程度；真正推動失效的是剪切損傷的快速積累。再次，裂紋最先出現(xiàn)在沖頭刃口附近的對稱面區(qū)域，隨后沿著損傷最大的路徑向自由面擴(kuò)展，這與實驗觀察到的撕裂形貌是吻合的。
作者的初始數(shù)值模型：
SEM實驗的斷口特征：
數(shù)值框架實現(xiàn)流程圖：
考慮梯度效應(yīng)的影響效果:
結(jié)果表明，引入應(yīng)變梯度效應(yīng)后，局部應(yīng)力水平明顯提高，材料在剪切區(qū)內(nèi)的損傷演化也明顯加快。也就是說，尺寸效應(yīng)并不只是讓材料“更強(qiáng)”，而是會改變局部變形與失效方式，使超薄板更容易在狹窄剪切帶內(nèi)發(fā)生撕裂。這一點非常關(guān)鍵，因為它說明：超薄板沖裁中的斷裂機(jī)理，并不是傳統(tǒng)厚板沖裁機(jī)理的簡單縮小版，而是一種隨著尺度下降而發(fā)生機(jī)制轉(zhuǎn)變的新問題。
推薦這個文章主要有三點原因：第一，在研究超薄板、微成形和微沖裁問題時，不能再機(jī)械套用傳統(tǒng)GTN模型，必須重視剪切主導(dǎo)損傷機(jī)制。
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