損傷斷裂模擬的案例
ABAQUS基于CT掃描重建與CDP模型的混凝土細(xì)觀損傷斷裂三維數(shù)值模擬
本案例介紹采用CDP材料對三維重建的混凝土細(xì)觀模型進(jìn)行損傷斷裂數(shù)值模擬有限元分析。
ABAQUS模型重建完成后，在屬性里建立骨料、砂漿、ITZ材料參數(shù)，并替換截面內(nèi)原有的空材料，這里砂漿及ITZ可使用EasyCDP插件直接生成混凝土損傷塑性材料，由于不考慮骨料的損傷破壞，因此不必設(shè)置骨料的損傷參數(shù)。
將混凝土細(xì)觀部件進(jìn)行裝配，添加分析步，并在載荷中設(shè)置受壓載荷。
建立并提交作業(yè)，查看最終的模擬結(jié)果。
基于johnson-cook damage損傷模型試樣斷裂簡單模擬 ￥10
johnson-cook damage損傷斷裂模型，模擬試樣拉伸至斷裂的過程，該模型主要設(shè)置好5個失效參數(shù)d1-d5，熔點(diǎn)溫度，轉(zhuǎn)變溫度，參考應(yīng)變率。損傷演化（類型：位移；軟化：線性；退化：最大；位移失效：xx。將附件中已設(shè)置好的inp，直接導(dǎo)入到ABAQUS中提交運(yùn)算。
基于相場損傷模型的混凝土細(xì)觀壓縮斷裂模擬
緒論
斷裂是混凝土材料破壞的主要模式。可靠、高效的混凝土斷裂模型在橋梁、隧道、大壩等土木工程結(jié)構(gòu)的安全評估中發(fā)揮著重要作用。對混凝土斷裂的研究,尤其對其裂紋萌生和擴(kuò)展的研究,引起了國內(nèi)外學(xué)者越來越多的關(guān)注。混凝土斷裂的數(shù)值模擬與斷裂理論、物理試驗相互印證與補(bǔ)充,并隨著科技發(fā)展不斷地提高著混凝土斷裂問題模擬的準(zhǔn)確性。近年發(fā)展起來的斷裂相場法,通過場變量的自動演化獲取裂紋路徑,可方便地模擬出裂紋的動態(tài)擴(kuò)展過程。因此本案列將采用基于<a href="/major/<a href="/major/ABAQUS的斷裂相場模型實(shí)現(xiàn)對混凝土斷裂問題的模擬分析并探討該模型的工程實(shí)際適用性
理論基礎(chǔ)
相場法是一種以經(jīng)典熱、動力學(xué)理論為基礎(chǔ),由耦合的非線性的力平衡方程和相場梯度型演化方程組合而成的唯象方法。該方法引入一組場變量來描述結(jié)構(gòu)的相變過程。與銳界面法中場變量的不連續(xù)性相反的是,相場法中場變量在界面區(qū)域具有連續(xù)性,可以用來描述材料初始時和完全破壞之間的平滑過渡。相場變量能分成保守的場變量與非保守的場變量兩種,總量在物體結(jié)構(gòu)演化中保持不變的為保守的場變量,如原子和電荷的濃度場;總量在物體結(jié)構(gòu)演化中為不守恒的并從0到1變化的是非保守的場變量,如馬氏相變。
Frankfort和Marigo基于能量最小化原理提出了Griffith理論的變分形式。描述斷裂的相場法中材料勢能分為兩部分，彈性應(yīng)變能和表面能，分別對應(yīng)于完好相和斷裂相。Griffith理論的泛函形式可以表達(dá)為:
其中是對稱的小應(yīng)變張量，代表裂紋面，Ω為求解區(qū)域。斷裂問題系統(tǒng)自由能由彈性應(yīng)變能(等號右邊第一項)和斷裂表面能(等號右邊第二項)構(gòu)成，裂紋的擴(kuò)展受自由能最小化原理控制。通過求能量泛函的極值可以獲得材料系統(tǒng)的控制方程。
采用有限寬度的彌散區(qū)域來近似表征離散裂紋面，如圖 1所示。
展開 ABAQUS損傷斷裂(例2) 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)巖石破碎模擬(單元刪除技術(shù)) ￥66.67
盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時的巖石破碎模擬(含單元刪除技術(shù))
采用顯示動力學(xué):
盾構(gòu)機(jī)刀盤模擬為剛體，在轉(zhuǎn)動掘進(jìn)的過程中破碎巖石。在巖石達(dá)到破碎應(yīng)力后，采用單元刪除技術(shù)刪除掉已破碎的巖石單元。
模型概況：
模型的建立及邊界條件的設(shè)置
模型的網(wǎng)格劃分
模擬的結(jié)果：
掘進(jìn)時的動態(tài)效果
模擬后的結(jié)果
隱藏掉盾構(gòu)機(jī)刀盤后巖石破碎時的應(yīng)力分布
隱藏掉盾構(gòu)機(jī)刀盤后巖石破碎時的等效塑性應(yīng)變分布
ABAQUS損傷斷裂(例2) 盾構(gòu)機(jī)在砂漿環(huán)境下掘進(jìn)的巖石破碎模擬 ￥66.67
ABAQUS損傷斷裂(例2) 盾構(gòu)機(jī)在砂漿環(huán)境下掘進(jìn)的巖石破碎模擬
采用顯示動力學(xué)分析：
該模型模擬盾構(gòu)機(jī)在砂漿中掘進(jìn)的巖石破碎，采用耦合歐拉拉格朗日法模擬砂漿環(huán)境下，盾構(gòu)機(jī)刀盤與巖石之間的相互作用，巖石應(yīng)力達(dá)到破碎時采用單元刪除技術(shù)消除掉已失去抵抗力的巖石。砂漿模擬為歐拉體，巖石及盾構(gòu)機(jī)刀盤為拉格朗日體，其中盾構(gòu)機(jī)刀盤模擬為剛體。
所建模型：
模擬的盾構(gòu)機(jī)刀盤及所切割的巖石
刀盤及巖石的邊界條件
盾構(gòu)機(jī)刀盤及所切割巖石的單元劃分
盾構(gòu)機(jī)刀盤及巖石所處砂漿環(huán)境的網(wǎng)格劃分
模擬的結(jié)果：
掘進(jìn)時的動態(tài)效果（隱藏泥漿及盾構(gòu)機(jī)刀盤）
模擬后的結(jié)果（隱藏泥漿及盾構(gòu)機(jī)刀盤）
隱藏掉泥漿及盾構(gòu)機(jī)刀盤后巖石破碎時的應(yīng)力分布
隱藏掉泥漿及盾構(gòu)機(jī)刀盤后巖石破碎時的等效塑性應(yīng)變分布
模擬動態(tài)效果圖（展示成無網(wǎng)格的半模型，含泥漿）
砂漿及巖石在盾構(gòu)機(jī)擾動下的應(yīng)力分布圖
砂漿及巖石在盾構(gòu)機(jī)擾動下的等效塑性應(yīng)變分布圖
展開 COMSOL混凝土細(xì)觀單軸拉伸斷裂模擬基于相場損傷模型
相場斷裂理論
現(xiàn)階段在有限元框架下模擬裂紋擴(kuò)展的數(shù)值分析方法主要有單元刪除法、界面單元法、擴(kuò)展有限元 (XFEM)等；相場理論是通過在尖銳裂縫擴(kuò)展的邊界引入0~1的相場來反映材料的損傷或斷裂程度，通過相場的控制方程來實(shí)現(xiàn)變量的演化。相場 (phase-field) 斷裂模型是一種彌散式裂紋模型，是基于傳統(tǒng) Griffith理論, 通過能量平衡理論研究裂紋的擴(kuò)展行為，與其他斷裂理論相比，相場理論具有便于描述裂紋的形成、分岔等復(fù)雜情況，網(wǎng)格敏感性較小等優(yōu)點(diǎn)。
模型樣圖
建模采用的CAD模型樣圖可在下面鏈接下載：
https://www.yqgqt.org.cn/post/1787116
展開 ABAQUS切片掃描三維重建再生骨料混凝土細(xì)觀損傷斷裂數(shù)值模擬
施加單軸壓縮荷載，動態(tài)追蹤再生混凝土的損傷演化過程，揭示裂紋的萌生及擴(kuò)展機(jī)制。本案例基于真實(shí)結(jié)構(gòu)的三維重建，突破傳統(tǒng)隨機(jī)模型的局限性，為再生混凝土的性能優(yōu)化提供可靠理論依據(jù)。
獲取混凝土內(nèi)部切片圖像數(shù)據(jù)的方法主要有以下兩種：一是X射線斷層掃描（CT/XRM），其原理是利用X射線穿透混凝土試件，通過采集多角度投影數(shù)據(jù)，反演生成三維內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像；二是物理切片法，將試件切割成薄片，并對切片進(jìn)行圖像采集。
獲取到試件切片圖像數(shù)據(jù)后，對圖像進(jìn)行預(yù)處理以區(qū)分骨料及砂漿區(qū)域，然后即可在ABAQUS內(nèi)直接采用CT2Model 3D插件將切片圖像進(jìn)行混凝土細(xì)觀模型的三維重建。
由于需要考慮再生骨料及砂漿的細(xì)觀損傷斷裂，因此采用EasyCDP插件分別生成兩種損傷塑性材料模型，砂漿材料20 MPa，再生骨料15.8 MPa，并將CT2Model 3D插件建模時生成的Section中的空材料替換為CDP材料。
將模型裝配，設(shè)置分析步并施加軸心受壓載荷，需要注意載荷應(yīng)施加到試件成型時的側(cè)面。
建立并提交作業(yè)，查看模擬結(jié)果。
可觀察到裂紋開展穿過再生骨料。
再生骨料混凝土試件在受壓下的縱向位移。
再生骨料的損傷斷裂。
展開 【原創(chuàng)成果】細(xì)觀混凝土、UHPC數(shù)值建模與非線性斷裂模擬
作為典型的非均質(zhì)工程復(fù)合材料，普通混凝土、超高性能混凝土(UHPC)、纖維混凝土(FRC)、纖維復(fù)合材料(FRP)等的斷裂是局部微小裂隙、孔洞、各相界面等初始缺陷從起裂、擴(kuò)展至融合為宏觀裂縫的過程，該過程橫跨微觀、細(xì)觀、宏觀等多個尺度，因此采用多尺度實(shí)驗和計算模擬等手段進(jìn)行研究成為自然的選擇。現(xiàn)有國內(nèi)外研究一般將這些復(fù)合材料等效為各向同性均勻介質(zhì)，建立模型比較方便，能夠獲得結(jié)構(gòu)的宏觀響應(yīng)例如荷載-位移曲線等。但這些宏觀均質(zhì)模型未模擬隨機(jī)分布的骨料、纖維、界面及孔洞等細(xì)觀特征，較難精確闡明材料破壞的多尺度機(jī)理。與宏觀均質(zhì)模擬相比，細(xì)觀計算模擬目前具有兩方面挑戰(zhàn)：一方面需要模擬復(fù)雜的細(xì)觀各相材料及其相互作用；另一方面需要求解大規(guī)模非線性方程，準(zhǔn)確模擬損傷斷裂中的材料軟化現(xiàn)象。
目前，混凝土、UHPC細(xì)觀模型主要有兩種直接建模方法，一種是基于骨料、纖維的形態(tài)和分布予以假設(shè)的隨機(jī)骨料、隨機(jī)纖維模型，這種比較多見；另一種是近來國內(nèi)外興起的基于XCT真實(shí)圖像的模型(XCT image-based model)。本文將以這兩種模型為研究對象，選用已發(fā)表的成果作為例子介紹給大家(整理了一些直觀圖片)，感興趣的朋友可詳閱附上的文獻(xiàn)，歡迎大家批評指正。
還有一種非直接的細(xì)觀模擬方法， 即采用隨機(jī)場理論，也可以間接模擬細(xì)觀斷裂，例如：
□ Zhang H, Huang Y J, Hu X J, Xu S L. A quasi-brittle fracture investigation of concrete structures integrating random fields with the CSFEM-PFCZM. Engineering Fracture Mechanics, 2023, 281: 109107.
展開 ABAQUS損傷斷裂 (例1) 金屬切割或沙柳切割斷裂 ￥26.67
1)該模型模擬了材料在旋轉(zhuǎn)切割下的損傷斷裂全過程，模型考慮了材料的彈性變形，塑性應(yīng)變，損傷破壞的標(biāo)準(zhǔn)，損傷演化及斷裂的全過程，并考慮了溫度的影響；
2)模型可用于模擬沙柳切割過程，金屬切割過程及材料的損傷斷裂過程。
【螺栓斷裂】Abaqus韌性損傷與剪切損傷準(zhǔn)則---{ 問題答疑 +工程案例 + 模型文件 } ￥99.9
Abaqus中韌性金屬失效分析需要定義c點(diǎn)的損傷初始化準(zhǔn)則，以及cd段的損傷演化（損傷后材料剛度退化路徑）。材料軟化后可持續(xù)承載，直到達(dá)到d點(diǎn)，材料失效，失去承載能力。
圖1-韌性金屬的全載荷區(qū)間應(yīng)力-應(yīng)變曲線
圖2-韌性金屬的損傷準(zhǔn)則
ABAQUS為韌性金屬提供不同的損傷初始化準(zhǔn)則，大致分為兩種類型：
金屬裂紋的損傷初始化準(zhǔn)則，包括韌性準(zhǔn)則（ductile damage、Johnson-Cook damage）和剪切準(zhǔn)則（shear damage）。也就是圖2中紅框內(nèi)的三個準(zhǔn)則，它們都屬于金屬承載后產(chǎn)生裂紋的準(zhǔn)則。
金屬板的徑縮不穩(wěn)定損傷初始化準(zhǔn)則，包括幾種成形極限圖，用于評估鈑金件的可成形性。也就是紅框外的幾個準(zhǔn)則，不在本文討論范圍。
圖3-漸進(jìn)損傷失效分類【摘自Abaqus材料本構(gòu)模型導(dǎo)圖，完整版鏈接】
····································常見問題解答····································
······Q1: 韌性準(zhǔn)則和剪切準(zhǔn)則有何不同？
······A1: 韌性金屬開裂有兩種主要機(jī)理，基于唯象觀察，仿真模擬這兩種機(jī)理時用到不同的損傷起始準(zhǔn)則（hooputra2004）：
機(jī)理1，由于內(nèi)部（微裂紋）的成核、生長和孔隙的聚集產(chǎn)生的韌性斷裂，這種情況下ductile damage、Johnson-Cook damage兩種韌性準(zhǔn)則是適用的，常見于拉伸工況。
圖4-機(jī)理1韌性斷裂
機(jī)理2，由于剪力帶局部化產(chǎn)生的剪切斷裂，這時shear damage比較適合，常見于剪切工況。
展開 《工程斷裂與損傷》
第8章 斷裂力學(xué)在工程中的若干應(yīng)用
第9章 損傷力學(xué)概述
第10章 含損傷斷裂力學(xué)的若干問題
附錄
參考文獻(xiàn)
材料的疲勞損傷與斷裂 ￥5
材料的疲勞損傷與斷裂
ABAQUS結(jié)構(gòu)損傷及斷裂數(shù)值及工程應(yīng)用專題
網(wǎng)格無關(guān)性簡介
案例2：T型管網(wǎng)格劃分
案例3：復(fù)雜裝配體網(wǎng)格劃分
案例4：節(jié)點(diǎn)移動
ABAQUS
斷裂力學(xué)與損傷概述
理解斷裂力學(xué)與損傷基本技術(shù)點(diǎn)
1. ABAQUS斷裂力學(xué)功能匯總
2. 材料損傷的種類與定義過程
3. 斷裂力學(xué)的應(yīng)用場景與技術(shù)特點(diǎn)
4. 斷裂過程對網(wǎng)格質(zhì)量的要求
5. 斷裂力學(xué)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(kuò)展（VCCT）基本過程
8. 擴(kuò)展有限元（XFEM）詳細(xì)過程
9. 常見裂紋擴(kuò)展結(jié)果后處理與數(shù)據(jù)顯示
10. 斷裂力學(xué)J積分及強(qiáng)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(yīng)力強(qiáng)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(yīng)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(kuò)展模擬
案例10：三點(diǎn)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(xué)重點(diǎn)結(jié)果處理
培訓(xùn)收費(fèi)有兩類，請您按自身需要靈活選擇。
展開 『建議』斷裂與損傷力學(xué)
14.2 含裂紋板斷裂韌度厚度效應(yīng)的理論研究(二)——三待定函數(shù)法
14.2.1 引言
14.2.2 含裂紋板厚度效應(yīng)的三維理論分析
14.2.3 建立支配方程的變分方法
14.2.4 裂紋尖端場
14.2.5 支配方程組的求解
14.2.6 邊界條件
14.2.7 厚度效應(yīng)分析
14.2.8 斷裂韌度理論公式
14.2.9 試驗驗證
14.2.10 結(jié)論
14.3 含裂紋板裂紋擴(kuò)展阻力曲線厚度效應(yīng)的理論研究
14.3.1 引 言
14.3.2 裂紋擴(kuò)展阻力曲線與試樣厚度關(guān)系的理論公式
14.3.3 裂紋擴(kuò)展阻力曲線擬合
14.3.4 η曲線擬合
14.3.5 舉例
14.3.6 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
第15章 基于損傷力學(xué)的疲勞裂紋形成與擴(kuò)展的統(tǒng)一研究
15.1 損傷演化方程、損傷演化參量與初始損傷效應(yīng)
15.1.1 引 言
15.1.2 含損傷材料本構(gòu)關(guān)系
15.1.3 損傷演化方程
15.1.4 理論疲勞曲線
15.1.5 損傷參數(shù)確定
15.1.6 算例
15.1.7 初始損傷分布與概率疲勞曲線
15.1.8 結(jié)論
15.2 裂紋形成與擴(kuò)展分析的損傷力學(xué)方法
15.2.1 引言
15.2.2 疲勞損傷耦合理論
15.2.3 損傷力學(xué)——有限元法
15.2.4 損傷演化方程參量確定
15.2.5 裂紋形成與擴(kuò)展壽命的損傷力學(xué)分析與驗證
15.2.6 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
第16章 正交鋪層層合板的二維分層力學(xué)研究
16.1 反平面剪切型分層問題解析變分解法
16.1.1 支配方程與復(fù)變函數(shù)通解
16.1.2 基本條件與本征展開
16.1.3 應(yīng)力強(qiáng)度因子變分解法
16.2 平面剪切型分層問題解析變分解法
16.2.1 力學(xué)模型的建立
16.2.2 應(yīng)力與位移的復(fù)變函數(shù)表達(dá)式
16.2.3 基本條件與本征展開
16.2.4 應(yīng)力強(qiáng)度因子變分解法
16.3 復(fù)合材料層合板平面復(fù)合型分層問題解析變分解法
展開 基于cohesive單元斷裂損傷問題
大家好，我在使用COHESIVE單元模擬晶體壓縮斷裂失效的時候，總是出現(xiàn)奇異值錯誤，COHESIVE單元不能按照設(shè)定的單元參數(shù)進(jìn)行單元刪除。我想知道有什么方法可以解決這種錯誤？
