材料斷裂的案例
材料的理論斷裂強度 附晶體材料強度與斷裂微觀理論下載
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 有限元分析方法和材料斷裂準則
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 哈佛大學鎖志剛院士課題組：寬度和厚度依賴的軟材料斷裂韌性
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。可以看到，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 焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法
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
焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法
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
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首次實驗證實玻璃材料這種斷裂機制
玻璃是我們日常生產生活中不可或缺的重要材料，脆性是玻璃最突出的特征之一，災難性的脆性斷裂也制約了玻璃的更廣泛應用。對玻璃失穩斷裂機理的研究不僅關乎玻璃自身力學性能的優化，也對認識無序系統的力學失穩提供科學指導。傳統玻璃態材料（如氧化物玻璃）被認為是理想的脆性材料，根據經典的固體斷裂力學理論，其脆性斷裂是通過原子鍵的依次斷裂進行，而不發生原子的塑性流動。但是，近年來不少研究提出了傳統脆性玻璃也有可能在微觀尺度上發生塑性流動的觀點。關于玻璃斷裂時能否發生塑性變形一直是學術界長期爭議的基本科學問題。
玻璃家族的新成員，金屬玻璃（又稱非晶合金）不但具有優異的力學性能，也是研究玻璃態材料失穩斷裂的模型體系。金屬玻璃斷裂表面上可以呈現出豐富的、多尺度的圖案特征。如近年來在許多金屬玻璃的斷面上發現了納米尺度的周期性條紋。對這些斷面特征的研究不僅挑戰了人們對傳統的斷裂理論的認識，也揭示了遠離平衡態的無序固體體系力學失穩的復雜性和有序性。斷面圖案特征的形成必然和裂紋在玻璃固體中的形成和擴展過程密切相關。但觸發災難性脆斷的裂紋是如何起源，又是如何擴展的？這已經成為非晶態物理和材料領域內亟需回答的根本性問題之一。
近年來，大量的理論和模擬工作預言了金屬玻璃斷裂過程中的空穴（cavitation）行為，意識到空穴形成可能是主導金屬玻璃甚至其他非晶體系失穩斷裂的潛在機制。空穴化或孔洞聚集是塑性材料延性斷裂的典型特征，但是否存在于以金屬玻璃為代表的玻璃態材料的宏觀脆性斷裂中尚未得到確切的實驗證實。
展開 ABAQUS材料斷裂與失效-XFEM|VCCT|COHESIVE|疲勞|侵蝕
【視頻地址】
開胃菜：斷裂力學的基本概念【完成】
專題一：圍道積分運算【完成】
專題二：材料的損傷和侵蝕【完成】
專題三：基于Cohesive方法的斷裂仿真【正錄】
專題四：VCCT詳解與應用【籌備】
專題五：XFEM詳解與應用【籌備】
專題六：低周疲勞仿真【籌備】
溫馨提示：百度傳課中搜索“Abaqus專訓營”，可找到相關的課程！
【課程案例動畫】
專題二：材料的損傷和侵蝕
使用Abaqus求解金屬材料斷裂破壞實例
本文簡單介紹使用Abaqus計算帶有漸進損傷破壞參數的韌性金屬模型，圖 1為典型材料漸進損傷曲線，其中A點為漸進損傷起始點，AB段為材料損傷過程，點B為材料完全失效點。
圖 2為Abaqus漸進損傷破壞相關參數，Fracture strain為破壞應變、stress triaxiality為應力三軸度、strain rate為破壞應變率、displacement at failure為漸進損傷失效位移。
算例:
該模型分為兩部分，上端為限位座，限位座兩螺栓孔為固定約束，下端為限位塊，限位塊整個為剛性體，剛性參考點處施加強制位移，兩部分接觸位置定義接觸關系。
下表為整個模型的計算結果
使用abaqus求解金屬材料斷裂破壞實例.pdf
展開 ABAQUS多晶體材料斷裂模型
多晶體材料的斷裂研究有助于深入了解材料在微觀尺度下的力學行為，包括裂紋如何形成、擴展以及停止，這對于發展和完善固體力學和斷裂力學理論至關重要。本案例介紹在ABAQUS內基于Voronoi建立多晶體材料晶粒及晶界模型，并進行多晶材料的斷裂模擬。
多晶材料晶粒及晶界模型采用CAD Voronoi V3 多圖層版生成，插件可將不同組分的晶粒在CAD內進行分圖層繪制，可控制晶粒占比參數，以精確建立多晶體模型。
在AutoCAD內將不同成分的晶粒分別另存為dxf格式文件，并導入到ABAQUS建立草圖，利用草圖建立多組晶粒及晶界部件，本案例中，共建立了五種不同的晶粒。
新建荷載施加裝置，并與多晶體模型裝配為整體，同時對不同組分的晶粒及晶界設置材料。由于本案例研究多組分晶粒模型的斷裂情況，因此不同組分的晶粒設置了不同的損傷破壞材料參數。
設置加載塊及支座與試件間的接觸。
編輯
跳轉
將下部支座固定，上部施加豎向位移，完成載荷的設置。
進行網格劃分。
建立作業提交計算并查看多晶模型的開裂結果。
展開 材料脆性斷裂有限元模擬的UEL子程序實現方法
一、引言
相場斷裂模型是描述當裂紋尖端狀態達到臨界能量釋放率時發生裂紋擴展現象的工具，被廣泛應用于材料斷裂過程的模擬研究。UEL (User Element Subroutine) 子程序允許用戶自定義單元的切線剛度矩陣及節點力向量，在實現相場斷裂模型時具有靈活性與便利性。UMAT (User Material Subroutine)子程序可以供用戶自定義材料的本構模型，同時可彌補UEL子程序無法可視化的缺陷。本文中的計算結合UEL子程序與UMAT子程序，采用雙層模型進行交互計算材料的斷裂過程。
展開 基于粘結裂縫模型的非均勻準脆性材料斷裂模擬研究
基于粘結裂縫模型的非均勻準脆性材料斷裂模擬研究
脆性斷裂brittle cracking的材料設置小示例
雖然BRITTLE CRACKING主要用于混凝土的斷裂分析，現在也逐漸應用到陶瓷等其他脆性材料的斷裂分析。
2 設置
除了密度和彈性模量，需要設置材料的破壞參數，比如brittle cracking中的brittle failure 和brittle shear
brittle cracking 指定材料的拉伸強度（抗拉強度sigma-u）；
brittle shear 指定材料到達拉伸強度之后材料軟化的規律（指數形式，直線下降等）；
brittle failure 指定材料的斷裂韌性的一個指標，一般在E-5量級。
3 cae
zhijia.part1.rar
zhijia.part2.rar
4 inp
c.part1.rar
c.part2.rar
5 說明
能模擬 雖然是很多新手熱衷于追求的結果，但是“能模擬”僅僅是萬里長征第一步，
是否模擬得準確（means相對準確），與實驗是否相符，那才是終極目的。比如這個模擬，抗拉強度是我自己假設的，而且我也假設材料為純脆性的。
結果顯示有2處斷裂，與實驗應該出入很大。
另外，如果結果不好，還要注意檢查下網格。斷裂分析是嚴重非線性問題，網格對結果影響很大。這個模型來自第一個鏈接的孤立網格，我無法修改網格，
就湊合著用這個四面體網格算出來的。
6 常見問題之一：
注意要在step---fieldoutput 設置單元刪除，隱藏失效單元.
7 動畫
展開 復合材料纖維方向斷裂韌性的測量方法
近期的材料力學性能數據庫中收錄的部分材料中有一些是有纖維方向斷裂韌性的，歡迎大家點擊“材料庫”菜單查閱。
文章轉載自“復合材料力學”微信公眾號，原文鏈接如下：
復合材料纖維方向斷裂韌性的測量方法
哈佛大學鎖志剛教授、西安交大盧同慶教授、斯坦福大學Blanchet教授《Matter》: 高通量實驗設計用于預測材料小概率斷裂
預測材料的斷裂對工程應用十分重要。對于給定的材料，斷裂的條件例如斷裂應力、斷裂應變，通常在不同試樣間分布很廣，其中小概率斷裂的條件與斷裂的平均值往往偏離很大。然而小概率斷裂的條件對工程師進行結構設計意義重大。為了觀測小概率斷裂，工程師必須在相同條件下測試大量的試樣，非常耗時。一個可能的解決方案是進行高通量實驗。高通量實驗已較為廣泛的應用于化學、熱、電和生物性能的測量，但目前很少用于材料力學性能的測量。因此，西安交通大學盧同慶教授與哈佛大學鎖志剛教授、斯坦福大學Jose Blanchet教授合作，共同開發了一種用于預測材料小概率斷裂的高通量實驗。在設計的高通量實驗中，研究者在相同環境下打印制備了1000個試樣，將他們拉伸到相同的拉伸比，通過處理實驗錄像自動識別每個試樣的斷裂。高通量實驗產生的大量斷裂數據使得運用數學中的極值概率理論分析成為可能。
1. 高通量實驗設計及圖像處理識別斷裂
他們開發了一個高通量實驗來研究小概率材料斷裂與疲勞(圖1)。他們在相同的條件下打印了1000個啞鈴型試樣。設計了一種單自由度的運動機構，使所有的試樣在同一時間發生相同的變形。對于數量如此之多的試樣，用人眼來識別單個試樣的斷裂是不現實的。他們記錄了每次實驗的視頻，并編寫了處理視頻的軟件，以識別每個試樣的斷裂。
實驗裝置包括一個運動機構、一個帶控制盒的電動位移臺、一個攝像機和一臺計算機(圖1b)。運動機構由連接六塊鋁板的菱形支架組成。通過氰基丙烯酸酯膠水，每塊鋁板與一個打印的矩形連接部分粘接。
展開 復合材料的斷裂和韌性
復合材料的斷裂和韌性.ppt
