純剪切
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
純剪切的視頻教程
橡膠及泡棉類超彈性材料_力學(xué)仿真方法介紹(ABAQUS)
第1.2節(jié)視頻介紹超彈性性能的測(cè)試方法，包括單軸、雙軸和平面(純剪切)三種測(cè)試方法，在此其中會(huì)提醒大家注意純剪切和簡(jiǎn)單剪切的區(qū)別。
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6h速成多工況三維RVE模型(分層失效)線上培訓(xùn)錄屏
RVE模型的建立與結(jié)果分析 下午視頻二1:19-2:50 (8) 三種剪切工況G13, G12, G23的邊界條件分析 下午視頻二2:50-3:05 加更內(nèi)容如下 (9) 加更1：通過equation.inp文件建立拉伸RVE模型 (10) 加更2：通過equation.inp文件建立簡(jiǎn)單剪切RVE模型 (11) 加更3：通過equation.inp文件建立純剪切RVE模型
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純剪切的實(shí)例教程
PFC模擬純剪試驗(yàn) ￥14.9
純剪切（pure shear）是沒有發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的剪切應(yīng)變模式，即剪一切前后有線元長度發(fā)生了變化（即真實(shí)形變），而沒有發(fā)生主軸的旋轉(zhuǎn)。純剪切應(yīng)力與純剪切應(yīng)變有關(guān)，通過以下公式：
在純剪切條件下，剪切應(yīng)變可計(jì)算為：
純剪切微元的受力模式如下所示：
在PFC2D中，采用球顆粒模擬砂粒，視砂粒之間的不存在內(nèi)聚力作用，砂粒之間的接觸采用線性接觸模擬。建立一個(gè)正方形的試樣，四周邊界采用墻體模擬，試樣如下圖所示：
純剪切試驗(yàn)分兩個(gè)階段進(jìn)行：固結(jié)階段和純剪切階段。各向同性固結(jié)階段，基于伺服原理對(duì)邊界墻體施加壓力，試樣在規(guī)定的圍壓下達(dá)到平衡；然后禁用邊界墻體的伺服功能，為頂部墻體和右側(cè)墻體設(shè)置速度，模擬純剪切試驗(yàn)。通過FISH函數(shù)等對(duì)試樣的橫向應(yīng)力、豎向應(yīng)力、純剪切應(yīng)變、純剪切應(yīng)力等參量進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。通過變化荷載方向?qū)崿F(xiàn)循環(huán)剪切，可得到滯回曲線。
純剪切過程中當(dāng)試樣豎向受拉力，橫向受壓力作用時(shí)，邊界墻體及球單元的位移矢量如下圖所示：
仿真得到的試樣的純剪切應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如下圖所示：
建模過程講解及代碼展示如下：
展開 foam, rubber, hyperelastic, hyperfoam, low density foam
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/pure-shear
https://en.wikipedia.org/wiki/Simple_shear#Simple_shear_stress%E2%80%93strain_relation
Simple shear is a deformation in which parallel planes in a material remain parallel and maintain a constant distance, while translating relative to each other.
https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=srgMoMoHU1A
展開 這些工程彈性常數(shù)是廣義的彈性模量、泊松比和剪切模量，這些常數(shù)可用簡(jiǎn)單的拉伸及純剪切試驗(yàn)來測(cè)定。圖4.3給出了三個(gè)單向拉伸和三個(gè)純剪切試驗(yàn)的示意圖。
圖2 三個(gè)單向拉伸和三個(gè)純剪切試驗(yàn)示意圖
復(fù)合材料層合板或?qū)雍蠚ぶ校瑔螌拥牟牧现鞣较蛲蛥⒖甲鴺?biāo)軸不一致，如圖4.4 所示，因此需要把材料主方向坐標(biāo)系和參考坐標(biāo)系下的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由此獲得非材料主方向復(fù)合材料單層的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。轉(zhuǎn)化的原則為：取任意需要的單元，把單元上的受力分解到參考坐標(biāo)系中，然后再把剛才分解的力分別分解到材料主方向坐標(biāo)系中，然后把分解好的力，按著方向進(jìn)行疊加，得到材料主方向上的力，然后把得到的每個(gè)力除以垂直于該力的截面積，就得到材料主方向上的應(yīng)力，因其復(fù)雜性，其具體公式不做闡述。
圖3 材料主方向坐標(biāo)系和參考坐標(biāo)系
（來源：中國材料研究學(xué)會(huì)）
展開 ABAQUS中有四種初始斷裂準(zhǔn)則:
在高應(yīng)變速率下變形時(shí)，有shear failure和tensile failure（旋壓用不到，不再介紹）
對(duì)于斷裂延性金屬：可以選用A:韌性準(zhǔn)則（ductile criteria）和B:剪切準(zhǔn)則（shear criteria）
對(duì)于縮頸不穩(wěn)定性可以使用（鈑金）：C: FLD、FLSD、M-K以及MSFLD
對(duì)于鋁合金、鎂合金以及高強(qiáng)鋼在變形過程中會(huì)出現(xiàn)不同機(jī)制的斷裂，可能會(huì)將以上準(zhǔn)則聯(lián)合起來進(jìn)行使用。
損傷的感念如下圖所示：
1. 韌性斷裂準(zhǔn)則
1.1 ABAQUS中提供的韌性斷裂準(zhǔn)則需要輸入的參數(shù)為：
斷裂應(yīng)變；應(yīng)力三軸度；應(yīng)變速率
要測(cè)量不同應(yīng)力三軸度下的斷裂應(yīng)變需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，這是不可取的。
Hooputra et al,2004通過實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)得到了在定應(yīng)變速率下，斷裂應(yīng)變和應(yīng)力三軸度的關(guān)系：
SIMUWE論壇中的建議：
這個(gè)應(yīng)該通過單軸拉伸實(shí)驗(yàn)、壓縮實(shí)驗(yàn)和純剪切實(shí)驗(yàn)。各測(cè)得各自的應(yīng)變量。 應(yīng)力三軸度拉伸是0.33，壓縮是-0.33，純剪切時(shí)0。實(shí)驗(yàn)好做。
方程求解后，就可以得到（不同溫度、不同應(yīng)變速率下）不同三軸應(yīng)力對(duì)應(yīng)的斷裂初始時(shí)的等效塑性應(yīng)變。
例子中提供的斷裂應(yīng)變和應(yīng)力三軸度的關(guān)系如下圖所示，材料為7018鋁合金，T6態(tài)：
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結(jié)論
本文研究采用V型缺口試樣測(cè)試碳纖維復(fù)合材料剪切疲勞試驗(yàn)，該方法可以獲得純剪切狀態(tài)以及更加均勻的應(yīng)力分布。對(duì)碳纖維復(fù)合材料V型缺口試樣進(jìn)行了應(yīng)力比為0.05的剪切疲勞試驗(yàn)，獲得了該CFRP的S-N曲線，與金屬的S-N曲線的對(duì)比，可見其疲勞強(qiáng)度大于傳統(tǒng)金屬的疲勞強(qiáng)度，說明碳纖維復(fù)合材料具有良好的疲勞性能。
復(fù)合材料疲勞試驗(yàn)服務(wù)方案
國高材分析測(cè)試中心可提供全面的復(fù)合材料疲勞檢測(cè)服務(wù)，確保您的產(chǎn)品安全耐用。具體測(cè)試項(xiàng)目包括：S-N曲線、低周疲勞(LCF)強(qiáng)度、有限壽命疲勞強(qiáng)度、高周疲勞(HCF)強(qiáng)度和疲勞壽命預(yù)測(cè)等。通過精確測(cè)量與數(shù)據(jù)分析，我們?yōu)槟峁┰敿?xì)的檢測(cè)報(bào)告與改善建議，確保您的復(fù)合材料在各種應(yīng)用環(huán)境下均表現(xiàn)出色。
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純剪切的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
純剪切的最新內(nèi)容
SAMP-1模型允許用戶直接輸入單軸拉伸、單軸壓縮、雙軸拉伸及純剪切四條不同應(yīng)力狀態(tài)下的屈服曲線，并根據(jù)加載路徑自動(dòng)插值構(gòu)建動(dòng)態(tài)的三維屈服面。
試樣:
試驗(yàn)過程:
交付結(jié)果示例：
02
平面拉伸試驗(yàn)
通過模擬純剪切變形狀態(tài)。該測(cè)試專門用于精準(zhǔn)標(biāo)定模型的剪切行為，其獲得的剪切應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)數(shù)據(jù)，對(duì)于確保襯套、墊片等大量承受剪切變形的產(chǎn)品仿真的可靠性至關(guān)重要。
試樣:
試驗(yàn)過程:
交付結(jié)果示例：
03
等雙軸拉伸試驗(yàn)
等雙軸拉伸試驗(yàn)是刻畫材料多軸變形行為的關(guān)鍵。
核心測(cè)試
單軸拉伸、平面拉伸/純剪切、等雙軸拉伸、體積壓縮。
工程價(jià)值
為Yeoh、Ogden等超彈性本構(gòu)模型提供全面的擬合數(shù)據(jù)，并表征循環(huán)加載下的應(yīng)力軟化行為，確保模型在復(fù)雜變形模式下的預(yù)測(cè)精度。
我司測(cè)試獲得的典型材料拉伸試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變曲線
核心疲勞性能與耐久性邊界
從斷裂力學(xué)與裂紋萌生兩個(gè)角度系統(tǒng)研究材料的疲勞發(fā)展歷程。
例如，純拉伸載荷失效時(shí)的等效應(yīng)力（或應(yīng)變）可能與純剪切載荷下的等效應(yīng)力（或應(yīng)變）有很大差異。
應(yīng)力狀態(tài)對(duì)于失效時(shí)的等效應(yīng)變起著關(guān)鍵作用，材料所受的應(yīng)力狀態(tài)不同，材料內(nèi)部產(chǎn)生的塑性變形與應(yīng)力集中程度不同，材料失效應(yīng)變數(shù)值也將發(fā)生變化。
之后作者設(shè)計(jì)了表示純拉伸和純剪切這兩類應(yīng)力狀態(tài)的拉伸試樣，如下圖
通過拉伸實(shí)驗(yàn)的斷口分析：作者驗(yàn)證了拉伸狀態(tài)下，材料的斷口由數(shù)量較少的的大孔洞和數(shù)量較多的二級(jí)微孔洞組成，表明材料是孔洞控制型失效，
而剪切破壞的試樣的表面斷口并無明顯的凹坑，相反出現(xiàn)了明顯的滑移痕跡，因此可以認(rèn)為是剪切主導(dǎo)失效
有限元模擬也驗(yàn)證了作者的觀點(diǎn)，拉伸失效的材料與剪切失效材料的自由表面與中心面的損傷發(fā)展存在明顯不同
V型缺口的剪切疲勞試驗(yàn)相對(duì)于其他研究方法，可以獲得更加均勻的應(yīng)力分布，以及純剪切的應(yīng)力狀態(tài)，所以本文采用V型缺口試驗(yàn)的方法，對(duì)CFRP的剪切疲勞性能進(jìn)行研究和探索。
2
試驗(yàn)
2.1 試樣制備
本文的試驗(yàn)基于標(biāo)準(zhǔn)ASTM/D7078，試樣制備的要求也按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，圖1為試樣的尺寸圖。
foam, rubber, hyperelastic, hyperfoam, low density foam
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/pure-shear
https://en.wikipedia.org/wiki/Simple_shear#Simple_shear_stress%E2%80%93strain_relation
而兩者預(yù)測(cè)的 中部失效單元的應(yīng)力狀態(tài)有很大區(qū)別，即 MJC 斷裂 準(zhǔn)則預(yù)測(cè)的單元失效主要是由三軸拉伸應(yīng)力狀態(tài) (η D >2/3)引起，而 WMJC 斷裂準(zhǔn)則預(yù)測(cè)的單元失效 是由純剪切應(yīng)力導(dǎo)致(η D ≈0, θ D ≈0)。對(duì)于頂部失效 單元，WMJC 斷裂準(zhǔn)則預(yù)測(cè)的單元發(fā)生剪切斷裂， 而 MJC 斷裂準(zhǔn)則預(yù)測(cè)的單元失效是由平面應(yīng)變拉 伸應(yīng)力造成(η D ≈0.47, θ D ≈0)。
圖7 圓柱對(duì)不同參數(shù)的靈敏度
另外一種方法則是建立下圖周期單元，計(jì)算其在不同方向的拉伸與純剪切作用的應(yīng)力應(yīng)變，進(jìn)而得到其等效彈性模型、剪切模量與泊松比。
圖8 仿真方法參數(shù)識(shí)別原理
通常，無論借助仿真還是模態(tài)測(cè)試結(jié)果，均能獲得相對(duì)理想的參數(shù)結(jié)果。
根據(jù)上述公式在已得知鋼板和膠層結(jié)合邊緣處壓應(yīng)力為零，這時(shí)實(shí)際純剪切應(yīng)力狀態(tài)，近似根據(jù)應(yīng)力及應(yīng)變?cè)诰€彈性范圍內(nèi)形成對(duì)應(yīng)關(guān)系，求解制作疲勞循環(huán)次數(shù)，大致預(yù)估疲勞壽命。根據(jù)上述過程可以發(fā)現(xiàn)，在形狀系數(shù)變小時(shí)，疲勞壽命會(huì)縮減。根據(jù)本次設(shè)計(jì)橋梁實(shí)例，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)不同使用時(shí)間下的支座，分別取5mm和8mm膠層厚度兩種支座進(jìn)行疲勞壽命估算。
