脆性斷裂仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
脆性斷裂仿真的視頻教程
ABAQUS裂紋專題片--脆性斷裂
詳細講解了abaqus/explicit 中脆性開裂模型的適用對象（混泥土、陶瓷、巖石等脆性材料），脆性開裂模型在abaqus中相關卡片設置（理論+實際講解）、使用該模型時應該注意的事項、顯示分析有關沙漏控制的相關方法等。附帶卡片介紹，供下載。
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ABAQUS材料斷裂與失效系列 之 基于Cohesive方法的斷裂仿真
-晶體拉伸斷裂仿真 課程案例： 【雙懸臂梁撕裂模型】 通常實驗中通過該方法測試獲得材料膠結面的I型開裂斷裂參數。
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脆性斷裂仿真的實例教程
平面應力脆性斷裂相場AT2模型 ￥120
斷裂相場法. 北京: 科學出版社; 2022.
[2] Kristensen PK, Martínez-Pa?eda E. Phase field fracture modelling using quasi-Newton methods and a new adaptive step scheme. Theoretical and applied fracture mechanics. 2020;107:102446.
1 引言
本部分介紹來自于《斷裂相場法》書籍。
“1998年Francfort和Marigo根據Griffith脆性斷裂理論，提出了一種斷裂力學變分原理，他們以結構內可能的位移場和裂紋面作為自變量，將變形能與斷裂面之和定義為結構總能量，并且認為真實的位移場與裂紋面使得該總能量最小。然而在數值模擬中將離散的裂紋面作為未知量來求解是非常困難的。因此2000年Bourdin等提出了一種相場模型，其中引入了一個連續的標量場，即相場，來近似地描述裂紋。相場值為1和0分別代表材料完全破壞和完好兩種極限狀態，而它們之間的值代表了一種損傷狀態，并且裂紋的彌散程度由相場特征寬度來控制，其值越大彌散寬度越大，反之則越小。然后通過一個與相場相關的裂紋面密度泛函來重構結構內的斷裂能，并將因損傷而退化的變形能與重構的斷裂能代入Francfort-Marigo變分原理就得到了相場模型的基本列式。相場模型中的自變量為兩個連續變化的場，即位移場和相場，因此它可以很方便地由不同數值方法實現。直觀來看，相場模型將一個結構內裂紋萌生與演化問題，轉化為了一個多場耦合情況下求最小能量的優化問題，因此它可以用于直接求解（例如分叉、交叉、融合、扭結等）復雜斷裂問題，而不需要額外的裂紋路徑追蹤方法。”
2 理論
將系統的總勢能表示為如下兩項：
式中第一項能量為：
考慮損傷帶來的退化，彈性能的表達式為：
式中
k為一個小值，用于防止數值不穩定現象。另一項斷裂能為：
因此代入具體表達式可將系統總勢能表達為：
對上述能量進行一階變分可得：
即可得弱形式方程為：
具體外力虛功為：
式中本構方程為：
該弱形式方程是后續推導有限元方程的基礎。同時，通過弱形式方程也可推導得到強形式的控制方程，即位移場和相場的控制方程。
展開 我用的材料是顆粒增強復合樹脂，延伸率只有2％，屬于脆性材料
A：我也正在用MARC做斷裂分析,不知道你算的是什么樣的問題,如果是MODE I 斷裂模型的話,我推薦你使用能量法,MARC會為你算出J積分值的,而且對于脆性材料,其J積分值正好就是能量釋放率.我做的問題是納米涂層結構在MIXED MODE下的斷裂分析,由于摩擦的存在,J積分可能不再保持其積分路徑無關性,所以采用直接法來計算應力強度因子的,也就是用應力或位移來算SIF.聽說MARC中可以在尖端處采用特異單元來擬出應力特異性,但我不會用,所以只好通過REFINE來細分尖端區域(最小單元長度在10E-3量級就差不多了(在MODE I下.采用能量法計算的話,不用細分尖端點).然后通過應力(或位移)結果求K值,并用外插法來求出尖端點處的K值.隨裂紋成長,K和斷裂長度的關系,我用了個笨辦法.就是預先知道斷裂擴展方向的基礎上,在每個裂紋長度下計算出K值,就可以得出K和a的關系曲線了.不過很麻煩,我一共建了14個模型算的,光建模就要花費了很多時間,但結果還算可以.
我再給你介紹一種方法,供你參考.我研究室有個老頭,10年前用MARC算過纖維復合材料的單纖維push-out問題,他在纖維和基體的界面處,用用戶自定義TYING進行約束,然后在UFORM子程序中給出TYING拖開的條件(他是通過實驗測出最大剪應力以后,以此應力作為拖開基準的,不過好象不準),這樣,就可以實現在加載過程中裂紋自動擴展.但大前提仍然是事先預測好擴展方向.我本來想試試,不過我這的MARC好象安裝有問題,子程序的compiler總是不行.
展開 共建立以下幾種幾何模型：
圖1 裂紋試樣及多孔洞試樣模型及網格劃分
模擬結果如下：
圖2 脆性斷裂相場模擬結果
五、小結
在不同加載情況下，裂紋試樣的斷裂模式不同；多孔模型在加載時，裂紋主要從孔洞附近的薄弱區域萌生及擴展，直到最終裂紋合并及斷裂。模擬結果較好地反映了相場斷裂模型在模擬材料損傷斷裂，該方法可以更進一步擴展至材料的彈塑性斷裂、服役結構件在極端載荷作用下的損傷等過程的模擬。
1、根據論文《Three-dimensional modeling of fracture in quasi-brittle materials using plasticity and cohesive finite elements》DOI:https://doi.org/10.1007/s10704-021-00514-1 編寫的cohesive單元本構
2、適用于三維模型
3、包含umat以及vumat
4、umat適用范圍小，多個cohesive單元一般采用vumat進行計算
5、軟化曲線為Hordijk和bilinear
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[圖片]
<p>個人長期從事功能涂層/防護涂層設計及失效分析研究，在斷裂仿真方面累積十多年經驗，在熱障涂層和環境障涂層方向研究上取得了很多成果，大家可以參考上兩個帖子，對于材料斷裂仿真、失效機理分析、新結構設計等方面具有獨特見解，在模型調試、分析技巧、收斂性輔助等方面有很多經驗可以教學分享，長期收徒，長期教學，如有想短期內提高斷裂分析技術或長期跟學探討學習的，可以加站內私信我或者加V?，<span style
1. 簡要說明
本案例不僅提供MATLAB 相場斷裂代碼，還有代碼對應文獻公式說明文檔！方便理解。
相場法（Phase-Field Method, PFM）作為當前斷裂力學模擬的熱門方法，編程門檻較高。
初學者的困境：閱讀文獻中的公式往往一頭霧水，不知道如何轉化為離散的有限元代碼。
現有資源的門檻：網上的開源代碼多為Fortran編寫的Abaqus UEL/UMAT子程序
平面應力脆性斷裂相場AT2模型10個月前
1 UEL用法
使用UEL子程序進行計算時，首先通過Abaqus建模生成計算所需的inp文件，然后需要對Abaqus的inp文件進行如下幾處的修改，以附件中test\single_edge_notched_tension\length0.01文件夾下的SEN_plane_stress_uel.inp文件為例：
（1） 首先添加UEL的定義
值得說明的是，方框中的定義方式能夠使得傳入
1、根據論文《Three-dimensional modeling of fracture in quasi-brittle materials using plasticity and cohesive finite elements》DOI:https://doi.org/10.1007/s10704-021-00514-1 編寫的cohesive單元本構
2、適用于三維模型
3、
1 引言
本部分介紹來自于《斷裂相場法》書籍。
“1998年Francfort和Marigo根據Griffith脆性斷裂理論，提出了一種斷裂力學變分原理，他們以結構內可能的位移場和裂紋面作為自變量，將變形能與斷裂面之和定義為結構總能量，并且認為真實的位移場與裂紋面使得該總能量最小。然而在數值模擬中將離散的裂紋面作為未知量來求解是非常困難的。因此2000年Bourdin等提出了一種相場模型，其中引入了一個連續的標量場
本案例基于COMSOL軟件中的固體力學模塊的損傷模型模擬了一復合疊層結構在受到兩端拉伸作用下的拉伸變形過程以及斷裂帶生成過程，模擬結果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎合作交流！
對于結構件受拉壓彎扭后發生的斷裂失效，如果采用靜力學分析方法，會得到應力分布，但無論外力多大都無法觀察到斷裂效果。雖然采用動力學分析方法可以實現斷裂效果，但時間步長較小而求解時間長導致求解效率低。所以提出一種基于準靜態力學的斷裂失效的仿真方法。
摘要：利用 ABAQUS/Explicit 軟件建立了彈體沖擊靶板的有限元模型，并采用不同的斷裂準則進行數值仿真計算。通過分析 鋁合金板沖擊失效單元的應力狀態，揭示不同頭部形狀彈體沖擊下鋁合金板的失效機理，以及斷裂準則對數值仿真結果的影 響規律。研究結果表明，相比 MJC 斷裂準則，WMJC 斷裂準則由于考慮了 Lode 角的影響，預測的結果與試驗更吻合。隨著 彈體頭部曲率半徑比的增大，靶板失效單元中拉伸斷裂的占比逐漸增多
01 應用背景
斷裂力學是研究含裂紋物體的強度和裂紋擴展規律的科學，固體力學的一個分支，又稱裂紋力學，起源于20世紀20年代A.A.格里菲斯對玻璃低應力脆斷的研究。其后，國際上發生了一系列重大的低應力脆斷災難性事故，促進了這方面的研究，并于50年代開始形成斷裂力學。根據所研究的裂紋尖端附近材料塑性區的大小，可分為線彈性斷裂力學和彈塑性斷裂力學；根據所研究的引起材料斷裂的載荷性質，可分為斷裂
