材料斷裂
關注創建者：用戶_32513 創建時間：2025-10-15
材料斷裂的視頻教程
ABAQUS子程序VUEL開發案例：復合材料斷裂的相場模擬方法
視頻介紹了如何使用ABAQUS子程序VUEL實現纖維復合材料斷裂模擬的相場模型，其中控制方程的位移場和損傷場部分分別采用向前差分方法和中心差分方法求解，2維情況下單元類型包含三角形單元和四邊形單元，3維情況下單元類型包含四面體單元和六面體單元（完全積分或縮減積分），雙層VUEL單元分別用于基質相場和纖維相場模擬，VUMAT單元用于結果的后處理。
￥99 24分鐘 395播放
查看
ABAQUS材料斷裂與失效系列 之 斷裂力學的基本概念
開胃菜：斷裂力學的基本概念 專題一：圍道積分運算 專題二：材料的損傷和侵蝕 專題三：基于Cohesive方法的斷裂仿真 專題四：VCCT詳解與應用 專題五：XFEM詳解與應用 專題六：低周疲勞仿真 首先來的是開胃菜，講斷裂力學的基本概念，通過這堂課讓大家對斷裂力學有一個大概的認識，方便后面的學習，有基礎的同學可以跳過，想更系統的學習斷裂力學的同學可以購買相關理論書籍進行學習。
￥10 46分鐘 3330播放
查看
材料斷裂的實例教程
材料力學低碳鋼拉伸試驗中，材料的變形分為四個階段：彈性階段、屈服流動階段、強化階段和徑縮斷裂階段，如圖1，其中當材料經過d點后，材料很快發生斷裂，該點對應的應力σb即為強度極限。但這只是實驗觀察到的現象，它與材料的理論斷裂值還有很大的區別。
假設材料的斷裂是由于原子間距被拉的太遠，超過了極限從而發生的斷裂。我們知道，原子之間的力與原子間的距離存在一定的關系，當原子靠的特別近的時候，原子間存在排斥力，當原子離的比較遠的時候，原子間存在相互吸引力，在某一距離下，原子間的作用力為0，即平衡位置。
現在我們來考慮原子間的力與應力的關系，根據應力的定義
顯然，曲線上的最大值σm即代表原子間的最大結合力——理論斷裂強度，即在理論上認為材料應力超過σm時將被拉斷。作為一級近似，該曲線可用正弦曲線表示。
而實際上，對于純鐵的抗拉強度是只有170～270MPa左右，我們熟知的Q235鋼，其抗拉極限為375～460MPa，Q345鋼的抗拉強度約是490-620MPa，遠遠低于材料的理論斷裂強度。主要原因在于公式(11)表示的是理想材料的斷裂強度，也就是說材料中沒有任何的缺陷。但這是不可能的，材料在冶金、鑄造、加工等過程中難免會產生一些初始缺陷，造成應力集中從而大大降低了材料的強度缺陷。
下載地址：晶體材料強度與斷裂微觀理論
展開 三、材料斷裂模型
在有限元模擬時，切屑形狀的成形除了受刀屑分離準則的影響，同時受材料斷裂模型的影響，尤其是單元切屑和鋸齒狀切削的形成由材料的斷裂模型來實現。Elbestawi和El-Wardanylsl應用斷裂力學理論對高速切削中工件材料裂紋萌生和擴展方向進行了預測，指出當工件材料自由表面的能量達到某一臨界值時，裂紋開始產生，并沿著應變能密度最小的方向不斷擴展，進而造成材料的斷裂。
目前用來進行高速切削有限元模擬的斷裂準則有Rice&Tracy準則、Brozz準則、Cockroft&Latham準則、MeClintock準則和Freudenthal準則。大量研究者采用Cockroft&Latham準則，該準則是從能量角度建立的，通過高溫拉伸試驗計算出斷裂塑性能，并同金屬材料變形斷裂所需的能量建立映射關系，將其作為判斷金屬材料延性斷裂的臨界能量值。
考慮到高速切削的特點，塑性應變對工件材料失效斷裂起重要影響，ABAQUS/Explicit里定義材料屬性時可在材料編輯(Edit Material)選用Johnson-Cook斷裂應變模型，該模型(見公式 (3.7)、(3.8))提供了材料到達失效點時等效塑性應變的計算方法。
本研究選用了Johnson-Cook強度模型為材料的本構模型，選用了Johnson-Cook剪切失效準則為刀屑分離準則，同樣采用了Johnson-Cook斷裂應變模型為材料的斷裂模型。
ABAQUS Explicit里的 adaptive mesh采用了ALE技術。剪切失效準則和Johnson-Cook斷裂應變模型一起應用就能動態的判斷材料的失效并達到工件與切屑的分離。
展開 以凝膠和彈性體為代表的軟材料經常以薄膜的形式應用于諸多領域。典型的例子包括粘結層、涂層、離電器件、軟體機器人、細胞培養支架以及柔性顯示等。這些材料在應用過程中，其斷裂韌性是一個非常重要的力學參數。通常情況下，材料的斷裂韌性被認為是一個材料常數。它不依賴于材料的幾何形狀和加載方式。
圖1：軟材料的180°剝離實驗
近日，哈佛大學鎖志剛院士課題組關于軟材料斷裂韌性的研究有了新的發現。研究人員以彈性體為模型材料，使用180°剝離實驗測量軟材料的斷裂韌性（圖1）。在未變形狀態下，彈性體的長度為L、厚度為H、寬度為B。在固化過程中，使用低粘性的薄膜在彈性體中引入一個長度為C的預制裂紋（圖1a）。將可彎曲但不可拉伸的背膜粘在試件的上下兩面。試件通過拉伸機進行加載(圖1b)。在加載過程中，兩個加載臂在豎直方向呈一條直線。載荷傳感器記錄剝離力F(圖1c)。剝離力從零開始逐漸增加。這對應著裂紋尖端的鈍化過程。當裂紋穩定擴展時，剝離力穩定在一個平臺，記作Fss。材料的韌性通過Γ=2Fss/B 計算得到。當B/H比較大時，彈性體的裂紋尖端在剝離過程中處于平面應變狀態 (圖1d)。當B/H比較小時，彈性體的裂紋尖端在剝離過程中處于平面應力狀態 (圖1e)。
研究人員首先固定樣品的厚度H，測量不同寬度B的樣品的剝離韌性。實驗結果如圖2所示?？梢钥吹?，當試件的寬度B比較小時，材料的斷裂韌性隨寬度B增加而增加。當試件的寬度B比較大時，材料的斷裂韌性隨寬度B增加保持不變。寬度大的試件測得的材料韌性比寬度小試件測得的材料韌性高出一個數量級。
展開 以焊縫材料疲勞斷裂前裂紋長度為輸出參數,根據金屬材料疲勞斷裂的過程理論,利用可靠性技術中的漂移設計原理,對焊縫材料在一定循環次數下的失效率或給定不失效率的循環次數的可靠性計算方法進行了探討。結合實例,對在給定循環次數和可靠度的條件下,對焊縫材料抗疲勞斷裂強度進行了可靠性設計
焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法.pdf
摘 要:以焊縫材料疲勞斷裂前裂紋長度為輸出參數,根據金屬材料疲勞斷裂的過程理論,利用可靠性技術中的漂移設計原理,對焊縫材料在一定循環次數下的失效率或給定不失效率的循環次數的可靠性計算方法進行了探討。結合實例,對在給定循環次數和可靠度的條件下,對焊縫材料抗疲勞斷裂強度進行了可靠性設計。
焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法.pdf
材料斷裂的相關專題、標簽、搜索
材料斷裂的最新內容
經典GTN模型認為，材料斷裂主要源于微孔的形核、長大與聚合，因此它更適合描述以拉伸三軸應力為主導的韌性斷裂。但這篇文章研究的對象是厚度僅0.084 mm的AISI 440B超薄不銹鋼板。實驗發現，這類材料在沖裁時并沒有表現出典型的“微孔充分長大后再斷裂”的特征，而是呈現出更明顯的撕裂失效與剪切主導破壞特征。也就是說，當板厚進入超薄尺度后，傳統GTN模型已經難以完整解釋實際斷裂機制。
他的專業興趣側重在鋼材、合金和塑料/復合材料的材料損傷和斷裂模型以及緊固件建模。此外，他還利用自己在分析認證和認證流程方面的專業知識，幫助縮短產品開發的上市時間。</p><p><strong>內容簡介</strong>：碰撞仿真技術已歷經近50年的發展。當前開發的模型在細節程度和預測精度方面，與實車測試相比已達到較高水平。然而，達到這一標準所需付出的努力絕不容小覷。
2025年12月15日，材料斷裂力學領域迎來一篇重量級綜述。哈佛大學鎖志剛教授團隊在頂級期刊《Chemical Reviews》上發表了題為“Thermodynamic and Molecular Origins of Crack Resistance in Polymer Networks”的綜述論文，其作者為陳哲琪博士、鎖志剛教授。
01
單軸拉伸試驗
采用ASTM D412 Die D或國標GB/T 528-2009 I型啞鈴狀試樣，通過獲取從開始到材料斷裂的完整應力-應變曲線，以及不同應變水平下循環加載-卸載應力-應變曲線，為材料本構關系建立性能基準。
試樣:
試驗過程:
交付結果示例：
02
平面拉伸試驗
通過模擬純剪切變形狀態。
三大核心痛點：
產線切換慢：傳統方法換型時間長，無法滿足多品種、小批量需求
質量管控難：復雜系統的質量預測與追溯困難
預測性維護不精準：設備故障預警時間窗口短，停機損失大
NO.1 Ansys Mechanical 2026 R1新功能介紹
核心價值：網格生成、可靠性分析及先進建模技術系統性提升；在接觸、材料本構、斷裂力學、復材建模
求解器方面，加強了線性、非線性求解器；在接觸、材料本構、斷裂力學、復材建模、拓撲優化以及聲學分析等學科都有顯著增強；新增了材料去除等功能；同時，Ansys持續推進并行計算、GPU加速與 AI/ML 技術探索，為下一代工程仿真奠定基礎。
<p>個人長期從事功能涂層/防護涂層設計及失效分析研究，在斷裂仿真方面累積十多年經驗，在熱障涂層和環境障涂層方向研究上取得了很多成果，大家可以參考上兩個帖子，對于材料斷裂仿真、失效機理分析、新結構設計等方面具有獨特見解，在模型調試、分析技巧、收斂性輔助等方面有很多經驗可以教學分享，長期收徒，長期教學，如有想短期內提高斷裂分析技術或長期跟學探討學習的，可以加站內私信我或者加V?，<span style
圖 ４ 改變不同參數拉伸單單元測試結果
3.2 MAT _58 關鍵參數捕捉
1）等效失效應變（ERODS）的標定
ERODS與材料的斷裂韌性（即抵抗裂紋擴展的能力）密切相關。本研究通過雙邊缺口拉伸（DENT）試驗來標定該參數。
制備特定幾何的帶缺口試樣進行拉伸，獲得其載荷-位移曲線與峰值載荷（平均約11,511 N）。
Cohesive單元基于**內聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）**，可通過定義牽引-分離準則，精準描述巖石材料的斷裂過程：單元內部應力達到粘結強度前，表現為彈性變形；應力超過閾值后，單元剛度退化并伴隨能量耗散，直至單元失效形成裂紋。
該材料在屈服點之前粘彈性段存在一定的差異，而屈服點之后材料存在應變硬化的現象，并且在斷裂之前材料沒有出現類似金屬的應力衰減現象。此外，低溫高速加載過程中，可以觀察到在，由于材料的局部熱軟化效應引起的力-位移曲線明顯的下降，而其他溫度下，熱軟化效應相對較小。
