損傷建模的案例
復合材料沖擊損傷自動建模程序
composite impact.rar
初學python做了一個復合材料沖擊損傷的自動建模程序，
程序使用說明如下：
1.程序還有待完善。目前只支持矩形板，矩形網格。
2.可以選擇3D實體單元及2D連續殼單元，但是如果用3D實體單元需要自己編寫VUMAT，這里就不上傳VUMAT了，大家自己努力編吧。
3.自動生成的有限元模型是沒有邊界條件的。自己需要手動添加邊界條件
4.輸出變量需要自己去設置。
5.需要先創建材料或者從自己的材料庫中導入材料。
6.鋪層參數可以從文本文件直接導入，在鋪層表格出點擊右鍵會出現導入對話框。
7.可以根據需要選擇是否增加cohesive elements。
補充說明：第一次上傳的附件有一個問題，就是用CompositeLayup直接生成實體單元是不能用在abaqus/explicit中的，提交計算會出錯，現在已經將程序完善，附件已經更新。
直接將壓縮包解壓縮后放到plugin文件夾下即可。
composite_imoact_en.rar
展開 隧道光面爆破局部建模損傷分析 ￥50
1.CAD中對隧道爆破炮孔布置圖進行輔助線切割，然后通過REG命令生成封閉面域
2.導出iges格式，將文件導入ANSYS/APDL軟件中進行巖石區域建模及網格劃分。鉆孔區域采用映射網格劃分，鉆孔外巖石區域采用掃掠劃分方式，單元類型為solid164單元，模型厚度方向擴展200cm，采用三維建模方法進行分析。模型網格劃分好后導出k文件，后續操作通過k文件導入ls-prepost中進行炸藥，堵塞及空氣的分區及材料參數、邊界條件、求解等設置。
3.巖石采用RHT模型，炸藥模型中采用*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN 材料模型，空氣材料采用*MAT-NULL 材料模型描述，空氣的狀態方程采用*EOS- LINEAR-POLYNOMAIAL 描述。
4.計算結果如下：
損傷破壞圖
展開 轉載，復合材料分析中Cohesive單元建模及損傷簡介
為了更好的理解K，我們把寫成：
這里我們用來代替1，其中L可以理解為建模厚度，即建模時cohesive interface的幾何厚度；為實際厚度，即cohesive interface的真實厚度，這個厚度在cohesive section中定義。可以理解為幾何剛度，即模型中cohesive interface所具有的剛度；為cohesive interface的真實剛度。當為1時，計算界面剛度就采用幾何剛度，當為0.001時，計算時界面剛度變為1000。舉個小例子，如果界面的實際厚度為0.01，而在建模時就是按照這個厚度建立的，在定義material-section時又specify這層的厚度為0.01，實際上就等于把界面剛度提高了2個數量級，模擬結果當然是不對的，這時定義section時應采用默認厚度1。
ABAQUS在cohesive建模中使用了很“人性化”的設計，實際問題中界面可能很薄，有的只有0.001mm，甚至更小。有些問題cohesive單元的interface還可能是0厚度（比如crack問題），而相對來說整體模型也許很大，如果不引入這兩個厚度，我們就要在很大的模型中去創建這個很小的界面這是一個很麻煩的事情。引入這兩個厚度，在建模時我們就可以用有限的厚度來代替這個很小的界面厚度，只要在section中定義這個就好了。
進入property界面，點擊Material→Creat，在彈出的Edit Material對話框中，可以編輯新創建的cohesive材料的名稱，然后點擊Mechanical→Elasticity→Elastic→Traction，在空格中輸入相應的剛度。
2.1.損傷準則
初始損傷準則
初始損傷對應于材料開始退化，當應力或應變滿足于定義的初始臨界損傷準則，則此時退化開始。
展開 論文帖一個：samcef層壓復合材料損傷建模
DAMAGE MODELING OF LAMINATED COMPOSITES: VALIDATION OF THE INTRA_LAMINAR LAW OF SAMCEF AT THE COUPON LEVEL FOR UD PLIES
文章中，使用samcef對層壓復合材料進行建模，并通過與實驗測試結果的對比驗證了模型，對不同方向的單層復合材料進行了深入研究，對參數辨識方法進行了一定討論。結果認為僅僅通過少量的測試獲取參數，就能通過建模仿真預測出復合材料的特性。
DAMAGE MODELING OF LAMINATED COMPOSITES VALIDATION.pdf
展開 
西北工業大學《Composite Structures》:評價固化殘余應力對復合材料損傷行為影響的建模框架
2.2 損傷失效模型
由于單向復合材料的橫向損傷行為不受纖維失效的影響，因此主要研究基體和界面的失效。樹脂基體在載荷作用下依次表現出彈性、塑性和損傷，使用擴展線性Drucker-Prager定義其屈服行為，采用Ductile韌性準則描述其損傷行為。界面采用零厚度Cohesive單元進行建模，使用雙線性本構模型進行表征。
圖3 基體本構方程
圖4 界面本構方程
2.3 固化過程-損傷失效一體化分析框架
通過復合材料多尺度熱-化-力耦合建模分析，得到了固化過程中的細觀殘余應力，為進一步研究細觀殘余應力對復合材料力學行為的影響，將殘余應力作為初始預定義場引入復合材料的橫向加載過程中進行損傷預測，建立了如下所示的固化過程-損傷失效一體化分析框架。
展開 Abaqus復合材料螺栓接頭的失效分析
螺栓接頭是由碳纖維增強聚合物材料(CFRP)制成的兩個平板組成，兩個板具有相同的8層布局（對稱），并且使用堆疊的連續殼單元建模。層失效是通過Hashin失效準則作為損傷初始和斷裂能量作為損傷演化的建模。
幾何
三個Part實例，其中兩個為150x25x3.8 mm 的CFRP平板，一個為M14的Steel螺栓。如下圖所示，螺栓直徑比平板孔直徑小0.5mm。
圖1 : 復合板（左）和螺栓（右）
材料
鋼螺栓：楊氏模量210e3 MPa，泊松比0.3，密度7850e-12 ton/mm3
復合板：由多個與負載方向和板長度方向不同的多個單向（UD）層構成，詳細的CFRP復材參數如下圖。
圖2 : CFRP 材料建模 (彈性屬性, Hashin準則初始, 斷裂能量演化)
損傷失效建模，對 Abaqus 的 CFRP 復合損傷進行建模，需要綜合兩個建模方面對材料退化：失效萌生Failure initiation和失效演化failure evolution。依賴于第一層失效標準（first ply failure criteria），針對層失效用戶可以評估復合結構為FAIL/PASS。此評估是最保守的評估，其根據第一層失效準則，依賴于純后處理生成的失效包絡，這些標準不允許材料退化或單元刪除。
展開 復合材料論文一篇 for laucher composite structures
其中最重要的一個任務目標就是復合材料的損傷建模：目前建模認證工作正在有限元軟件SAMCEF平臺上進行。此篇文章通過一些例子簡要介紹了認證的一些結果，同時強調了此建模平臺的優勢。
具體請查看附件
ADVANCED MECHANICAL JUSTIFICATION FOR LAUNCHER.pdf
界面內聚力模型用于黏結劑粘接強度仿真 ￥20
摘要：界面內聚力模型用于黏結劑粘接強度仿真 是一個非常好的建模方法。這種內力模型的材料參數比較容易通過試驗方法 反向獲取。即通過測拉伸強度、剪切強度、雙臂梁測試的獲取載荷與位移關系，在反向優化材料參數。 如果你閑麻煩，有些膠水的內力模型的材料參數文獻上也可以找到。 另外，這種建模方法比其他損傷建模方法，對計算資源消耗不是很大。
整個文檔框架：1.簡要介紹內聚力模型
2. 基于COMSOL 的玻璃與不銹鋼的粘結結構建模
3 調研的幾種環氧樹脂 界面內力模型的材料參數
1. 簡要介紹內聚力模型
忘記上傳附件了。。。密碼：劍指星辰的拼音：jianzhixingchen
展開 每日文章推薦（二十二）
f是塑性應變的無量綱函數
宏觀流動應力與剪切應力之間通過taylor因子鏈接:
對于FCC而言，Ｍ一般取值為3.06
因此流動應力與位錯密度的關系表示為：
其中ｌ是材料內稟常數（微米量級）
有效塑性應變梯度計算為：
作者通過umat實現該本構理論，并使用了CPE8R單元用于計算應變梯度，分析了裂紋尖端應力場在小應變和有限應變下的應力場情況，并于經典的塑性模型進行了比較，有限元模型和數值結果如下圖所示：
此外作者進行了廣泛的參數研究將材料特性、約束和施加的載荷與裂紋尖端前方的距離聯系起來，其中應變梯度顯著影響應力分布，從而確定裂紋尖端損傷建模中應包括塑性尺寸效應的條件。同時，作者研究表明在數值模型中加入大應變和有限幾何變化揭示了受尺寸效應影響的區域的顯著增加。
作者提供了對應的子程序以及inp文件方便不同研究人員使用，然而作者提供的是編譯之后的模型，無法進行修改，如加入晶粒尺寸相關的內容，同時模型值能應用于二維研究，而無法進行三維數值研究，對于應用扭轉等分析不太方便，結合相關公式可以編寫對應的二維（CPE4）和三維（C3D8）umat以及vumat子程序：這里以二維和三維的umat子程序為例進行展示，應力單位為(MPa)，位錯密度單位為(/mm^2)
二維模型：
板狀試樣（50um*20um，含1.25um的圓形孔洞）一端固定，另一端施加20%拉伸應變。模擬得到的應力，等效應變，SSD，GND結果如下圖所示
等效應力：
等效應變：
SSD分布：
GND分布：
三維模型：
板狀試樣（50um*20*0.2um，含1.25um的圓形孔洞）一端固定，另一端施加20%拉伸應變。
展開 ABAQUS結構損傷及斷裂數值及工程應用專題
網格無關性簡介
案例2：T型管網格劃分
案例3：復雜裝配體網格劃分
案例4：節點移動
ABAQUS
斷裂力學與損傷概述
理解斷裂力學與損傷基本技術點
1. ABAQUS斷裂力學功能匯總
2. 材料損傷的種類與定義過程
3. 斷裂力學的應用場景與技術特點
4. 斷裂過程對網格質量的要求
5. 斷裂力學與損傷建模注意事項及技巧
6. 聚合層單元的剝離過程
7. 虛擬裂紋擴展（VCCT）基本過程
8. 擴展有限元（XFEM）詳細過程
9. 常見裂紋擴展結果后處理與數據顯示
10. 斷裂力學J積分及強度因子等重要概念
案例5：T向焊接件焊縫表面裂紋熱固耦合應力強度因子計算
案例6：壓力容器表面橢圓裂紋J積分算法
案例7：多裂紋板裂紋尖端T應力計算
案例8：中心裂紋拉伸作用蠕變過程C*積分計算
案例9：3D雙臂梁界面擴展模擬
案例10：三點彎曲三維裂
ABAQUS
斷裂與損傷常見注意事項
幾種常見的斷裂與損傷分析過程
掌握常見斷裂分析過程
斷裂與損傷力學重點結果處理
培訓收費有兩類，請您按自身需要靈活選擇。
展開 【CAE案例】基于結構仿真的斷裂力學分析
首先，在缺陷建模（圖4）中，我們需要考慮：1.交叉表面；2.網格自動重塑；3.裂紋前沿網格細化；4.復雜結構。
圖4 缺陷建模
其次，在塑性損傷建模中，我們需要考慮：1.網格依賴性（圖5）；2.體積自鎖（圖6）；3.網格大變形（圖7）。
圖5 網格依賴性
圖6 體積自鎖
圖7 網格大變形
第三，我們還需考慮到結構效應：從實驗室樣件尺寸到真實部件全尺寸的轉變（圖8）。
圖8 試驗件到真實部件的尺寸轉變
02 解決辦法
在結構仿真中，提供線彈性斷裂力學、非線性斷裂力學、擴展有限元（XFEM）以及裂紋結構網格處理等功能，可對脆性斷裂、延性斷裂和裂紋擴展進行仿真分析。
我們基于結構仿真的斷裂力學分析模塊，在SALOME_MECA中可以實現：
（1）缺陷網格的顯性建模：
基于SALOME_MECA中的Zcracks/blocFissure功能，采用DEFI_FOND_FISS命令可以實現缺陷網格的顯性建模。
圖9 含缺陷網格建模
（2）缺陷網格的隱性建模
基于SALOME_MECA中的XFEM功能，采用DEFI_FISS_XFEM命令可以實現缺陷網格的隱性建模。
圖10 XFEM含缺陷模型建模
（3）損傷模型
在結構仿真軟件中可以通過定義Rousselier，GTN模型，設置各項材料參數，從而設置斷裂分析的不同損傷模型。
圖11 損傷模型
（4）內聚力模型（CZM）
結構仿真軟件提供了內聚力模型CZM的斷裂分析選項。
圖12 內聚力模型
（5）斷裂的操作符
結構仿真軟件提供了CALC_G命令，可以計算斷裂的能量釋放率G。
展開 
限時 | 《Abaqus 復合材料VUMAT子程序詳解》
章節1：初識VUMAT子程序
章節2：正交各項異性復合材料失效分析子程序源代碼詳解（可提供源代碼及CAE文件）
章節3：vumat子程序的使用方法詳解（復合材料沖擊損傷模型建模+三維VUMAT子程序）
章節4：vumat子程序計算后結果如何查看？
章節5：分分鐘創建適用于復合材料子程序的沖擊損傷模型
章節6：復合材料結構常用的三種剛度退化方式
章節7：如何調試Abaqus子程序
章節8：應變局部化(strain localization)與單元特征長度(characteristic length)
章節9：基于能量（斷裂韌性）演化的三維復合材料vumat子程序（不提供源代碼及模型文件）
章節10：斷裂韌性退化方式中單元特征長度注意事項
章節11：兩種及以上自定義VUMAT/UMAT子程序的調用方法
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展開 【10月29日-11月1日 蘇州】ABAQUS復合材料高級進階培訓班
Abaqus 雖然是通用的 CAE 軟件，但在分析復合材料力學性能方面，有著獨特的優勢：方便快捷的前后處理界面、考慮材料損傷的 Hashin 模型、復合材料層間開裂（VCCT、Cohesive）分析技術……，被廣泛使用在波音、空客、洛克希德-馬丁等國內外眾多著名公司和機構。
本期高級進階培訓班由中國仿真技術應用大會組委會與達索系統SIMULIA 共同舉辦，特邀達索系統 SIMULIA 資深技術專家擔任講師。教學采用理論與實踐結合、方法與原理解析、互動與答疑的形式進行。為節省學員學習時間、提升學習效率，在保證培訓質量的前提下，本培訓班特將原來的 5 天教程合為了 3 天。歡迎各應用企業、仿真工程師帶著問題參加。
一、培訓對象
工作中有復合材料結構仿真與設計需求的技術人員，從事復合材料力學方向研究的在校研究生，在復材理論（損傷、建模等）、程序開發、論文發表方面有更深入需求的研究生和科研人員。參加課程之前，學員應了解有限元基本概念，并對Abaqus 軟件的基本操作較為熟悉。
二、主講專家
雷在林|達索系統SIMULIA高級技術顧問
在結構有限元計算領域有十多年的工作經驗，長期主持SIMULIA 官方的復材培訓。
三、主要教學內容
四、培訓形式
講解、配合演示和上機操作（學員自帶電腦）。
五、時間及地點
2019年 10 月29日—11月1日（ 29日為報到時間），蘇州 。
六、證書頒發
參加培訓經考核合格的學員，均頒發由中國仿真技術應用大會組委會簽發的培訓證書。
七、培訓費用
1.培訓費：3980元/人，3人以上（含3人）享受團隊價格 3780元/人。
2.在校學生培訓費：3480 元/人，不再享受團隊優惠。
展開 GTN損傷模型介紹及案例演示
這里介紹內容主要參考文獻《On the extension of the Gurson-type porous plasticity models for prediction of ductile fracture under shear-dominated conditions》
GTN模型作為細觀損傷最經典的模型廣泛應用于金屬材料的損傷行為建模，其理論模型起源于1968年的McClintock模型以及RT模型，其中McClintock首次將金屬的韌性斷裂與微孔洞進行關聯起來，并得到了橢圓柱孔洞的擴張表達形式，而Rice和Tracey則通過變分原理推導出了理想剛塑性材料的孔洞擴展表達方程，其中提到了孔洞擴張與應力三軸度和lode參數有關。Gurson在此基礎上通過分析有限大基體中微孔洞模型，首次建立了孔洞演化和塑性勢的關系，并提出了一套比較完善的損傷本構方程。
Gurson模型相比于傳統的Mises模型（塑性變形體積不可壓縮）考慮了靜水應力和孔洞體積分數的關系，認為最終的宏觀斷裂是孔洞在塑性變形下體積分數不斷增加，以及孔洞之間相互聚集造成的。并給出了響應的屈服方程：
其中q是Mises等效應力，σH是宏觀靜水應力，σM是基體等效應力，f是孔洞體積分數（f=1材料完全失效，f=0材料完好）。當f=0時模型可以退化為經典的Mises屈服模型。當f逐漸增大時，屈服面逐漸收縮，即材料承載能力隨著材料內部的微孔洞生長逐漸降低。
展開 一個考慮腐蝕的相場損傷模型源代碼
原始文獻：《A phase field formulation for dissolution-driven stress corrosion cracking》
來源于該文章，對腐蝕相關損傷建模的可以詳細閱讀原文，理解整個程序，作者模擬效果如下：
原始代碼如下：
module kvisual
implicit none
real*8 UserVar(4,24,70000)
integer nelem
save
end module
!***********************************************************************
subroutine uexternaldb(lop,lrestart,time,dtime,kstep,kinc)
include 'aba_param.inc'
!implicit real(a-h o-z)
dimension time(2)
if (lop.eq.0) then !start of analysis
call mutexinit(1)
endif
return
end
!
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