失效因子
關(guān)注創(chuàng)建者：貪玩的胖達(dá)君 創(chuàng)建時(shí)間：2023-04-14
失效因子的視頻教程
復(fù)合材料長桁脫粘失效分析
Cohesive單元?jiǎng)?chuàng)建； 長桁R區(qū)坐標(biāo)系設(shè)置； 連續(xù)殼單元?jiǎng)?chuàng)建以及復(fù)合材料屬性賦予； 內(nèi)聚力損傷準(zhǔn)則與損傷演化準(zhǔn)則設(shè)置； 復(fù)合材料失效Hashin準(zhǔn)則設(shè)置； 失效因子輸出設(shè)置以及后處理等內(nèi)容； 以及建模的一些技巧及注意事項(xiàng)。
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Abaqus UVARM子程序詳解——自定義輸出變量
注：該類子程序不能改變材料的本構(gòu)，以三維復(fù)合材料失效判據(jù)為例，僅能用于引入新的失效判據(jù)，判斷危險(xiǎn)區(qū)域及危險(xiǎn)因子，無法進(jìn)行損傷起始以后的剛度退化等。購買前，請(qǐng)一定搞清楚UVARM子程序的作用。 后續(xù)我們還將陸續(xù)開展更多種類的子程序課程，歡迎關(guān)注。? 課程1：UVARM的作用及在CAE中的設(shè)置。?
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失效因子的實(shí)例教程
（2）R和IF的翻譯或者叫法不統(tǒng)一，有的都叫失效因子，這里暫且將IF定義為判據(jù)因子（或失效因子），R則稱為應(yīng)力的比例因子，一個(gè)是表征失效準(zhǔn)則的判據(jù)值，一個(gè)是表征應(yīng)力的縮放比例。兩者在物理意義和量綱上都是不同的。
打開HyperMesh，選擇Abaqus求解器模板
定義材料類型為LAMINA
勾選FailStress按鈕，定義材料應(yīng)力許用值參數(shù)
定義完成后，設(shè)置單元輸出卡片TSAIH、TSAIW
求解計(jì)算后即可在HyperView中查看失效因子
后期講述Hashin失效準(zhǔn)則設(shè)置
復(fù)合材料失效脫粘分析鏈接：http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c14492
后處理教程鏈接：http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c14395
Abaqus子模型設(shè)置http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1196942；
計(jì)算復(fù)合材料ABD剛度矩陣：http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1193225；
HyperMesh啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)加載腳本的三種方式：http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206247
展開 和流體的仿真后處理相比，我們結(jié)構(gòu)的結(jié)果往往就是應(yīng)力應(yīng)變位移，老三樣云圖，要是搞一個(gè)子程序渲染一個(gè)失效分布，都算是過年開洋葷的待遇了。
因?yàn)槿绱朔N種緣由，我們對(duì)有限元仿真結(jié)果的二次處理一直停留在依靠軟件自帶模塊的階段。
我在前面的文章《不用UMAT也能分析復(fù)合材料失效情況？》就提到，通過二次處理，我們自己就可以加入強(qiáng)度準(zhǔn)則，來分析結(jié)構(gòu)失效。但是，需要自己弄一個(gè)后處理模塊，這對(duì)很多人來說是有門檻的。
為此我就想，干脆我們工作室弄一個(gè)相對(duì)通用，且特別容易上手的后處理工具給大家用行不行呢？
于是我連夜召集高管開會(huì)討論......，劃掉。
于是我趕緊編寫一個(gè)工具出來，感覺還比較好用。完全是后處理的小白也能一分鐘上手，我們主要解決的痛點(diǎn)就是數(shù)據(jù)格式。只要在excel中，把網(wǎng)格、節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、節(jié)點(diǎn)上的物理量放進(jìn)去，就能得到我們想要的云圖。
這樣做有幾個(gè)十分明顯的好處：
（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，一眼明了，方便用。
（2）ABAQUS可以直接導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)上的應(yīng)力、位移、應(yīng)變等數(shù)據(jù)，我們只要在表格中，利用基礎(chǔ)的EXCEL公式，就可以嵌入自己想分析的參數(shù)，比如嵌入一個(gè)強(qiáng)度準(zhǔn)則，計(jì)算失效因子，進(jìn)行渲染。
（3）方便不同工況的比較。對(duì)于同一個(gè)模型，以往我們計(jì)算了不同的工況，只能截取兩個(gè)圖在那對(duì)比。有了這個(gè)工具，我們可以通表格操作，直接計(jì)算出兩個(gè)工況的參數(shù)差異，然后渲染出來。結(jié)果量化了，放到論文里面更具說服力。
下面具體的介紹一下靜界有限元自研的仿真后處理工具。
輸入格式
支持EXECL格式，EXCEL里面只需要放兩個(gè)sheet，一個(gè)是單元，見下圖。三角形就放三個(gè)節(jié)點(diǎn)，四邊形放四個(gè)節(jié)點(diǎn)，四面體放四個(gè)節(jié)點(diǎn)，六面體放8個(gè)節(jié)點(diǎn)。
第二個(gè)sheet是節(jié)點(diǎn)，前四列是節(jié)點(diǎn)序號(hào)以及三個(gè)方向坐標(biāo)。
展開 我們材料是各向異性的，剛度矩陣更復(fù)雜，我們還有蔡吳、蔡希爾、哈辛一堆“高級(jí)”失效準(zhǔn)則，材料還可以分層失效，寫到論文里面更好看，更別提失效因子、漸進(jìn)損傷，總之就是牛掰。
后來我第一次寫彈塑性本構(gòu)的時(shí)候，懵了。這玩意比我想象的要復(fù)雜的多。首先彈塑性這個(gè)問題并不簡單，要想解釋清楚它，需要從材料微觀層面，了解晶體位錯(cuò)等等現(xiàn)象。甚至于到2011年，寫這些問題的綜述還能發(fā)一篇Nature。歸根結(jié)底，我們并未完全研究透材料的彈塑性行為，以及相關(guān)的強(qiáng)度、韌性問題。
即便就本構(gòu)層面而言，彈塑性光一個(gè)塑性流動(dòng)方向要想寫出來就不容易，網(wǎng)上能看到一大堆公式，各種導(dǎo)數(shù)偏導(dǎo)數(shù)。
問題是在UAMT/VUMAT里面是很難做這種偏導(dǎo)的，包括迭代數(shù)值計(jì)算，不是完全不能，而是寫出來大概率各種報(bào)錯(cuò)，還不好調(diào)試找原因。在子程序里面，最穩(wěn)妥的就是寫加減乘除。
那時(shí)候?qū)憦椝苄员緲?gòu)，對(duì)我理解子程序以及ABAQUS邏輯，起到了非常重要的作用。我的體會(huì)是，學(xué)寫子程序，應(yīng)該先寫彈性，接著就寫彈塑性，這樣才能打好基礎(chǔ)。像我當(dāng)時(shí)屬于是回頭補(bǔ)課。
在寫彈塑性本構(gòu)之前，我對(duì)塑性流動(dòng)是干嘛使的沒有直觀概念。寫的時(shí)候我才明白，由于只能先算出來等效塑性應(yīng)變，沒有流動(dòng)方向的話，就無法把它轉(zhuǎn)換到各個(gè)應(yīng)變分量，不知道應(yīng)變分量就無法計(jì)算應(yīng)力。這玩意從數(shù)學(xué)上講，是一個(gè)轉(zhuǎn)換公式。
我們目前重工業(yè)上大部分的結(jié)構(gòu)材料還是金屬，盡管ABAQUS中有自帶的JC模型，但是如果要模擬更復(fù)雜的情況，學(xué)會(huì)寫彈塑性本構(gòu)就十分必要。
本期就給一個(gè)彈塑性VUMAT拉伸失效的案例，結(jié)合單元?jiǎng)h除技術(shù)，模擬結(jié)構(gòu)破壞過程。
展開 圖 Bolt Assessment inside ANSYS工作流程
Bolt Assessment inside ANSYS軟件功能介紹
1、GUI
圖 Bolt Assessment inside ANSYS交互界面
2、當(dāng)前版本的功能
軟件可基于VDI 2230規(guī)范自動(dòng)計(jì)算單螺栓或多個(gè)螺栓的安全因子，并將結(jié)果直接展現(xiàn)在GUI中：
• Overall：所有安全因子中的最小值
• SF：抗屈服安全因子
• SD：抗疲勞失效安全因子
• SP：抗表面壓潰安全因子
• SG：抗滑移安全因子
• SAE：抗螺紋失效安全因子
其他結(jié)果：
• 裝配狀態(tài)下的等效應(yīng)力
• 裝配狀態(tài)下的材料利用率
• 最小旋合長度
• 軟件支持的其他功能：
• 多載荷步的評(píng)估
• 多載荷步之間的疲勞失效評(píng)估
• 支持基于VDI 2230 Part2中的Model class II（梁）與Model class III（實(shí)體）
• 預(yù)緊力的施加可支持PRETS179單元和MPC184單元（支持大旋轉(zhuǎn)）
輸出計(jì)算報(bào)告：
圖 Bolt Assessment inside ANSYS計(jì)算報(bào)告
3、模型處理
在整個(gè)連接系統(tǒng)的模型處理中，被夾緊件可按照實(shí)際情況建模、簡化，需要重點(diǎn)關(guān)注的是螺栓的建模方式，目前版本支持梁單元（Model class II）與實(shí)體單元（Model class III）的螺栓建模。
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失效因子的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
失效因子的最新內(nèi)容
并不簡單的彈塑性本構(gòu)子程序6個(gè)月前
我們材料是各向異性的，剛度矩陣更復(fù)雜，我們還有蔡吳、蔡希爾、哈辛一堆“高級(jí)”失效準(zhǔn)則，材料還可以分層失效，寫到論文里面更好看，更別提失效因子、漸進(jìn)損傷，總之就是牛掰。
后來我第一次寫彈塑性本構(gòu)的時(shí)候，懵了。這玩意比我想象的要復(fù)雜的多。首先彈塑性這個(gè)問題并不簡單，要想解釋清楚它，需要從材料微觀層面，了解晶體位錯(cuò)等等現(xiàn)象。甚至于到2011年，寫這些問題的綜述還能發(fā)一篇Nature。
一分鐘上手的ABAQUS結(jié)果二次處理工具6個(gè)月前
（2）ABAQUS可以直接導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)上的應(yīng)力、位移、應(yīng)變等數(shù)據(jù)，我們只要在表格中，利用基礎(chǔ)的EXCEL公式，就可以嵌入自己想分析的參數(shù)，比如嵌入一個(gè)強(qiáng)度準(zhǔn)則，計(jì)算失效因子，進(jìn)行渲染。
（3）方便不同工況的比較。對(duì)于同一個(gè)模型，以往我們計(jì)算了不同的工況，只能截取兩個(gè)圖在那對(duì)比。有了這個(gè)工具，我們可以通表格操作，直接計(jì)算出兩個(gè)工況的參數(shù)差異，然后渲染出來。結(jié)果量化了，放到論文里面更具說服力。
LCREGD字段引用的曲線定義了網(wǎng)格尺寸歸一化因子和失效塑性應(yīng)變之間的關(guān)聯(lián)，能夠修正網(wǎng)格尺寸所帶來的偏差。
圖5 網(wǎng)格尺寸對(duì)失效應(yīng)變的影響
綜上所述， Gissmo材料卡已經(jīng)廣泛應(yīng)用于預(yù)測不同領(lǐng)域的材料失效行為，有助于實(shí)現(xiàn)選材和工程設(shè)計(jì)優(yōu)化。
（2）R和IF的翻譯或者叫法不統(tǒng)一，有的都叫失效因子，這里暫且將IF定義為判據(jù)因子（或失效因子），R則稱為應(yīng)力的比例因子，一個(gè)是表征失效準(zhǔn)則的判據(jù)值，一個(gè)是表征應(yīng)力的縮放比例。兩者在物理意義和量綱上都是不同的。
• SP：抗表面壓潰安全因子
• SG：抗滑移安全因子
• SAE：抗螺紋失效安全因子
其他結(jié)果：
• 裝配狀態(tài)下的等效應(yīng)力
• 裝配狀態(tài)下的材料利用率
• 最小旋合長度
• 軟件支持的其他功能：
• 多載荷步的評(píng)估
• 多載荷步之間的疲勞失效評(píng)估
• 支持基于VDI 2230
圖4 1#電阻截面的SEM圖
2.電化學(xué)遷移失效復(fù)現(xiàn)
根據(jù)失效分析，得出離子、潮氣及電場為失效的敏感因子，故設(shè)計(jì)故障復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)。將樣品分為兩組，預(yù)處理?xiàng)l件如表2所示，1000h潮熱加電實(shí)驗(yàn)。
加速因子以及缺陷和失效的評(píng)估方法是確保塑封產(chǎn)品高質(zhì)量和高可靠性的關(guān)鍵。
在塑封器件中， 潮氣是一個(gè)重要的失效加速因子。與潮氣導(dǎo)致失效加速有關(guān)的機(jī)理包括粘結(jié)面退化、吸濕膨脹應(yīng)力、水汽壓力、離子遷移以及塑封料特性改變等等。潮氣能夠改變塑封料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg、彈性模量和體積電阻率等特性。
溫度 是另一個(gè)關(guān)鍵的失效加速因子，通常利用與模塑料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、各種材料的熱膨脹洗漱以及由此引起的熱-機(jī)械應(yīng)力相關(guān)的溫度等級(jí)來評(píng)估溫度對(duì)封裝失效的影響。
通過查看幫助文檔可以看到，UDMGINI子程序中僅需要定義FINDEX和FNORMAL兩個(gè)變量，F(xiàn)INDEX變量對(duì)應(yīng)的不同失效判據(jù)的判斷因子，一個(gè)程序中可以有多個(gè)失效判據(jù)；FNORMAL變量代表的是每種失效模式下斷裂面的法線方向。
影響PFDavg量值的主要有6個(gè)因素：失效率（λ），表決形式（MOON），診斷覆蓋率（DC），檢驗(yàn)測試周期/間隔時(shí)間（TI），（在線）平均恢復(fù)時(shí)間（MTTR），共因失效因子（β）。
