材料失效建模
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
材料失效建模的視頻教程
ABAQUS材料斷裂與失效系列 之 材料失效與侵蝕
本專(zhuān)題分兩個(gè)部分進(jìn)行講解： 第一部分為相關(guān)理論和技巧的介紹，以及應(yīng)用的一些場(chǎng)景介紹； 第二部分為案例演示，包括殼體模型的失效、實(shí)體模型的侵切和采用umeshmotion模擬材料融化的過(guò)程。 案例1：為0.5噸重物以20m/s速度沖擊雙管殼柱模型的仿真模型，其中左邊模型中的材料未考慮損傷演化；右側(cè)為考慮損傷演化的情況，出現(xiàn)了材料的失效和剝離。
￥70 2小時(shí)28分鐘 3729播放
查看
復(fù)合材料漸進(jìn)損傷失效VUMAT子程序詳解
(1) VUMAT整體講解 (2) 在參考文獻(xiàn)中，復(fù)合材料漸進(jìn)損傷失效模型有哪些異同，有哪些關(guān)鍵問(wèn)題。 (3) 程序詳細(xì)解讀漸進(jìn)損傷失效模型，包括三維hashin初始失效準(zhǔn)則，漸進(jìn)損傷，損傷系數(shù)如何計(jì)算，損傷矩陣（damage effect matrix）等。
￥349 5小時(shí)54分鐘 13767播放
查看
ABAQUS-復(fù)合材料工程應(yīng)用案例三-復(fù)合材料彈簧壓縮變形損傷失效模擬
本案例詳細(xì)講解了工程上常用的玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料彈簧壓縮變形損傷失效模擬，重點(diǎn)講解了模型部件的建模處理方法，玻璃纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料的本構(gòu)參數(shù)設(shè)置、網(wǎng)格劃分技巧以及如何去調(diào)試模型的收斂性，在結(jié)果后處理中講解了模型的載荷、速度以及能量的轉(zhuǎn)化如何去分析，附件里提供模型源文件。
￥100 21分鐘 316播放
查看
材料失效建模的實(shí)例教程
復(fù)合材料失效模擬是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要仔細(xì)設(shè)置和考慮多個(gè)參數(shù)。
1.設(shè)置復(fù)合鋪層：
在模型中定義復(fù)合材料的鋪層結(jié)構(gòu)，包括纖維方向、層數(shù)、厚度和材料類(lèi)型等參數(shù)。可以使用ABAQUS CAE中的“Composite Layup”功能來(lái)設(shè)置復(fù)合鋪層。
2.定義材料特性：
為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料定義材料特性，包括纖維和基體的力學(xué)性質(zhì)（如彈性模量、剪切模量、屈服強(qiáng)度等）、失效準(zhǔn)則和失效模型等。
3.分配載荷和邊界條件：
根據(jù)實(shí)際情況在模型中分配載荷和邊界條件。這些載荷和邊界條件可以包括約束、力、壓力或其他外部加載。
4.復(fù)合失效模擬過(guò)程中單元未被刪除的可能原因：
在復(fù)合材料失效模擬中，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)一些單元未被刪除。這可能是由于網(wǎng)格劃分不合理或網(wǎng)格質(zhì)量不好導(dǎo)致的。建議檢查網(wǎng)格質(zhì)量并進(jìn)行調(diào)整，確保合理的網(wǎng)格劃分。
5.后處理復(fù)合材料變形和失效結(jié)果：
完成失效模擬后，需要進(jìn)行后處理以查看復(fù)合材料的變形和失效結(jié)果?？梢允褂肁BAQUS CAE提供的后處理功能來(lái)可視化和分析模擬結(jié)果，例如查看復(fù)合材料的應(yīng)力、應(yīng)變分布、損傷演化和失效模式等。
以下是詳細(xì)的步驟和注意事項(xiàng)：
1.設(shè)置復(fù)合鋪層：
a. 在ABAQUS CAE中創(chuàng)建復(fù)合材料模型，并選擇適當(dāng)?shù)膯卧?lèi)型（例如，SHELL181用于復(fù)合板）。
b. 使用"Part"工具創(chuàng)建復(fù)合鋪層的幾何形狀，設(shè)置纖維的方向和層數(shù)。
c. 定義每層中纖維和基體的材料性質(zhì)，可以使用各向異性彈性參數(shù)定義纖維方向的彈性模量和剪切模量。
2.定義材料特性：
a. 選擇適當(dāng)?shù)?em>失效準(zhǔn)則和失效模型，這取決于您希望模擬的復(fù)合材料失效行為。
b. 定義纖維和基體的彈性性質(zhì)、破壞準(zhǔn)則和屈服準(zhǔn)則。
c.
展開(kāi) ABAQUS軟件免費(fèi)介紹
材料按其性能與用途，一般分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料。結(jié)構(gòu)材料是以力學(xué)性能為主要特征；功能材料是以物理、化學(xué)等性能為主要特征。二者性能的不同是由微觀(guān)結(jié)構(gòu)和元素屬性所決定。
材料的失效行為主要取決于微觀(guān)結(jié)構(gòu)和宏觀(guān)形態(tài)的變化。確定不同材料的失效模式、失效機(jī)理、失效缺陷與失效起因的相互關(guān)系，是失效分析學(xué)科的核心內(nèi)容。
失效含義：
1，國(guó)標(biāo)GB3187-82《可靠性基本名詞術(shù)語(yǔ)及定義》定義的失效 ：“產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能，對(duì)可修復(fù)產(chǎn)品通常稱(chēng)為故障?！?2，《材料大辭典》定義的失效，又稱(chēng)復(fù)合材料的破壞，指復(fù)合材料在經(jīng)過(guò)某些物理、化學(xué)過(guò)程后（如載荷作用、材料老化、溫度和濕度變化等）發(fā)生了尺寸、形狀、性能的變化而喪失了規(guī)定的功能。
3，《美國(guó)金屬學(xué)會(huì)手冊(cè)》定義的按照 《ASM Handbook 》的定義，服役的任何構(gòu)件出現(xiàn)以下三種狀態(tài)之一時(shí)即為失效：
（1）完全不能修復(fù)時(shí)；
（2）仍可以使用，但不能滿(mǎn)意地達(dá)到規(guī)定的功能時(shí)；
（3）受到嚴(yán)重?fù)p傷而不能繼續(xù)安全可靠地使用時(shí)。
由此可見(jiàn)，除《材料大辭典》直接定義為材料失效以外，其余的定義指產(chǎn)品或者構(gòu)件的功能降低或者受損等；某些功能受損而失效，如油井的通徑無(wú)法滿(mǎn)足鉆頭通過(guò)而導(dǎo)致的失效是與材料自身無(wú)關(guān)的。
展開(kāi) Tsai-Wu 失效準(zhǔn)則是一種唯象材料失效理論，廣泛應(yīng)用于拉伸、壓縮強(qiáng)度不同的各向異性復(fù)合材料。當(dāng)層合板的失效指數(shù)達(dá)到 1 時(shí)，Tsai-Wu 準(zhǔn)則預(yù)測(cè)達(dá)到失效狀態(tài)。該失效準(zhǔn)則是一般二次失效準(zhǔn)則的特例，可以表示為以下形式：
其中，F(xiàn)i和Fij均是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的強(qiáng)度參數(shù)，σi和σij采用的是二階張量的Voigt標(biāo)記方式，如果假定破壞包絡(luò)面是封閉凸面，相互作用項(xiàng)Fij還需要滿(mǎn)足下列約束：
這也就意味著Fii項(xiàng)必須是正值。
對(duì)于具有三個(gè)對(duì)稱(chēng)平面的正交各向異性材料，如果假設(shè)Fij=Fji，且假設(shè)正應(yīng)力和剪應(yīng)力之間、剪應(yīng)力與剪應(yīng)力之間沒(méi)有耦合的條件下，Tsai-Wu 失效準(zhǔn)則的一般形式簡(jiǎn)化為：
通常，正交各向異性材料在三個(gè)方向的單軸拉伸、壓縮強(qiáng)度表示為σ1t、σ1c、σ2t、σ2c、σ3t、σ3c，剪切強(qiáng)度表示為S23、S31、S12。那么正交各向異性 Tsai-Wu 失效準(zhǔn)則的系數(shù)為：
上式中，F(xiàn)1、F2、F3、F44、F55、F66可以通過(guò)簡(jiǎn)單地單軸拉伸實(shí)驗(yàn)或剪切試驗(yàn)得到，另外，在有的教科書(shū)中F1、F2、F3、F11、F22、F33表示為：
兩者差了一個(gè)負(fù)號(hào)，這取決于壓縮應(yīng)力自身帶不帶負(fù)號(hào)，如果壓縮應(yīng)力自帶負(fù)號(hào)（負(fù)數(shù)）則用后者，否則用前者。
理論上系數(shù)F12、F13、F23可以通過(guò)等雙軸試驗(yàn)（兩個(gè)方向應(yīng)力相同）來(lái)確定。如果等雙軸拉伸的破壞強(qiáng)度是：
則F12、F13、F23可以表示為：
但是實(shí)際上，等雙軸試驗(yàn)測(cè)定很難，在過(guò)去的幾十年中，也有無(wú)數(shù)的嘗試去確定這個(gè)參數(shù)，部分復(fù)合材料力學(xué)教材里給出過(guò)當(dāng)
時(shí)誤差最小的結(jié)論。近期，諾丁漢大學(xué)李曙光老師從自洽性角度出發(fā)對(duì)F12的合理取值給出了唯一地確定，也使得Tsai-Wu理論更加完備。
展開(kāi) 在常溫狀態(tài)下，大多數(shù)工程金屬具有較高的韌性，這種情況下，材料的失效分析通常會(huì)使用韌性損傷漸進(jìn)失效模型。
如下圖所示，該模型完整的定義了材料的彈性階段、塑性階段、損傷起始與損傷演化。材料承載經(jīng)歷彈塑性階段后達(dá)到損傷起始點(diǎn)a，繼續(xù)承載，損傷后的材料剛度折減，出現(xiàn)軟化，直到損傷參數(shù)D=1時(shí)，材料剛度退化為0，單元?jiǎng)h除。
韌性材料損傷漸進(jìn)失效模型
工程案例：
鋼制管狀結(jié)構(gòu)多工況沖擊損傷失效分析
上圖案例中的分析工況按閱讀順序依次是：
沖擊質(zhì)量5kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度200m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度300m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度400m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度500m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度500m/s，桶厚20mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度400m/s，桶厚50mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度500m/s，桶厚50mm;
付費(fèi)部分為鋼制管狀結(jié)構(gòu)多工況沖擊損傷失效分析案例的9種工況共計(jì)9個(gè)inp文件壓縮包+CAE 源文件壓縮包。
展開(kāi) 
材料失效建模的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
材料失效建模的最新內(nèi)容
復(fù)合材料多尺度力學(xué)仿真中，代表性體積單元（RVE）的幾何建模與網(wǎng)格劃分是前處理階段的主要工作之一。受周期性邊界條件的約束，纖維在模型邊界處的切割精度直接影響后續(xù)網(wǎng)格匹配。當(dāng)纖維端面與基體表面未能完全共面時(shí)，往往產(chǎn)生微小幾何階躍，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)投影誤差。這些問(wèn)題在手動(dòng)腳本處理時(shí)出錯(cuò)的概率較高。
針對(duì)上述情況，基于Abaqus環(huán)境開(kāi)發(fā)了Periodic RVE Generator插件，對(duì)纖維生成
<div contenteditable="false" width="100%" class="ql-align-justify">
<p style="-webkit-tap-highlight-color: rgba(0, 0, 0, 0); margin: 8px 0px; outline: 0px; max-width: 100%; clear: both; min-height:
QuantumATK
QuantumATK是一套完整的原子級(jí)仿真工具包，由全球領(lǐng)先的原子尺度建模專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)并提供技術(shù)支持。QuantumATK通過(guò)在新材料篩選過(guò)程中實(shí)現(xiàn)更高效的仿真工作流程，顯著減少材料研發(fā)時(shí)間與成本。這些工作流程可替代或指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，來(lái)選擇和優(yōu)化產(chǎn)品系統(tǒng)中的材料。
QuantumATK提供先進(jìn)的圖形用戶(hù)界面與獨(dú)特的方法完備性，使用戶(hù)能夠在一個(gè)集成框架內(nèi)計(jì)算各種基本材料屬性
問(wèn)題：
在做結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元仿真的過(guò)程中，我們經(jīng)常被問(wèn)：結(jié)構(gòu)在某個(gè)載荷下能不能用，材料會(huì)不會(huì)失效?；卮疬@個(gè)問(wèn)題的邏輯也簡(jiǎn)單：給出材料的許用應(yīng)力，將仿真結(jié)果的應(yīng)力值和許用應(yīng)力進(jìn)行比較，仿真應(yīng)力大于許用應(yīng)力就判斷不合格。
但是做了仿真就知道，計(jì)算結(jié)果的應(yīng)力提取類(lèi)型有很多，而可查到的材料測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)值又少的可憐。尤其是最近遇到一種纖維增強(qiáng)塑料的強(qiáng)度仿真問(wèn)題，要判斷塑料件在給定載荷下是否失效
我研究生的小方向就是立體織物復(fù)合材料。盡管剛畢業(yè)改換到CFD領(lǐng)域的工作，但是我仍然對(duì)一個(gè)東西充滿(mǎn)執(zhí)念。
那就是通過(guò)代碼參數(shù)化生成織物復(fù)合材料的細(xì)觀(guān)模型，就像英國(guó)諾丁漢大學(xué)的TexGen那樣。
盡管那時(shí)候代碼水平還比較基礎(chǔ)，但就是這個(gè)執(zhí)念讓我不斷研究在數(shù)值仿真中網(wǎng)格到底應(yīng)該如何表達(dá)，幾何如何轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格，有了網(wǎng)格應(yīng)該如何渲染，如何把復(fù)雜的織造參數(shù)和網(wǎng)格構(gòu)建聯(lián)系起來(lái)。
海上及陸上低風(fēng)速風(fēng)電的發(fā)展促使風(fēng)電葉片的長(zhǎng)度和根部直徑急速增大，隨之而來(lái)的是超大型葉片根部灌注銀紋問(wèn)題的產(chǎn)生。
研究表明葉片根部灌注的銀紋問(wèn)題主要發(fā)生在樹(shù)脂灌注固化過(guò)程。本文通過(guò)研究調(diào)整葉片根部樹(shù)脂灌注固化產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，減緩葉片后固化過(guò)程的內(nèi)應(yīng)力釋放，有效地解決了大型風(fēng)電葉片根部的灌注銀紋問(wèn)題。
1. 現(xiàn)狀及因素分析
1.1
葉片銀紋問(wèn)題
銀紋，一般指在玻璃態(tài)聚合物或某些半結(jié)晶性聚合物及環(huán)氧樹(shù)脂中
以前做材料本構(gòu)和細(xì)觀(guān)建模的時(shí)候，第一個(gè)攔路虎就是建模。尤其是機(jī)織編織類(lèi)的材料，需要搞懂一系列織造參數(shù)，才可能完成三維模型創(chuàng)建。這還不算完，搞完模型還要繼續(xù)弄網(wǎng)格，一旦需要研究幾何參數(shù)變化規(guī)律，上述的過(guò)程又得整一遍。
即便后面我已經(jīng)很熟練了，這個(gè)過(guò)程仍然需要花費(fèi)很多時(shí)間。那個(gè)時(shí)候我就在想，以后要是能自己搞一個(gè)參數(shù)化建模工具就好了。
后來(lái)做項(xiàng)目多了，發(fā)現(xiàn)不僅是細(xì)觀(guān)結(jié)構(gòu)
前文我們介紹了基于“厚度”推進(jìn)策略生成網(wǎng)格，并自動(dòng)定義鋪層、材料的層合板建模算法。
為了提高展示度，同時(shí)也是方便給別人使用。我們可以開(kāi)發(fā)一個(gè)界面，并封裝成一個(gè)軟件。
作為一個(gè)小的案例，同樣采用MATLAB實(shí)現(xiàn)。
很多人都用過(guò)MATLAB的GUI模塊，然而這個(gè)東西適合做一些小的工具，稍微復(fù)雜一點(diǎn)的功能，就完全無(wú)法開(kāi)展。
GUI模塊
一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子
不用UMAT也能分析復(fù)合材料失效情況？6個(gè)月前
<h3 class="ql-align-center"><strong style="color: rgb(77, 77, 77);">靜力失效的兩種分析思路</strong></h3><p>《談材料力學(xué)行為研究的標(biāo)配—ABAQUS UMAT》一文中，我們介紹了UMAT的一些基本信息，從現(xiàn)在做深入研究和做論文的角度來(lái)說(shuō)，研究材料失效似乎已經(jīng)離不開(kāi)子程序。然而在工程中，我們常常面臨的場(chǎng)景是強(qiáng)度校核，而非一定要把材料失效的點(diǎn)算準(zhǔn)
當(dāng)下，消費(fèi)者對(duì)電子產(chǎn)品的追求已超越單純的功能性，轉(zhuǎn)向更極致的審美體驗(yàn)與更可靠的使用品質(zhì)。超薄筆記本、平板電腦、智能手機(jī)等設(shè)備不僅需要輕薄便攜，更要堅(jiān)固耐用。
圖1 消費(fèi)電子產(chǎn)品
聚碳酸酯（PC）及其復(fù)合材料因其優(yōu)異的綜合性能，已成為高端電子產(chǎn)品外殼的首選材料。然而，該復(fù)合材料在服役時(shí)極易受到較強(qiáng)的沖擊載荷，因此，掌握纖維增強(qiáng) PC 復(fù)合材料在寬應(yīng)變率范圍內(nèi)的力學(xué)行為特征和失效機(jī)理顯得尤為重要
