斷裂準則的案例
基于不同斷裂準則的 6061-T651 鋁合金板抗沖擊性能數值仿真研究
圖 13 是采用 MJC-cutoff 斷裂準則預測的靶板失效模式，可以發 現，靶板無裂紋產生并且剪切沖塞完整，從而驗證 了此改進方法的有效性。
圖 14 給出了兩種斷裂準則預測的靶板在半球 形頭彈體沖擊下的裂紋擴展路徑，WMJC 斷裂準則 預測的裂紋路徑是傾斜的，而 MJC 斷裂準則預測的 裂紋路徑卻是豎直的，圖中 SDV5 代表單元損傷程 度 D(SDV5=0 表示單元未發生損傷，SDV5=1 表示 單元完全失效)。選取失效單元裂紋路徑上的頂部、中部和底部失效單元進行應力狀態分析，提取各單 元的應力特征參數-時間歷程曲線，如圖 15 所示。 對比三個位置失效單元的時間可以發現，裂紋首先 從靶板背部開始，隨后擴展到靶板中部，直至到靶 板正面結束；并且，MJC 斷裂準則預測出各位置失 效單元的斷裂時刻明顯要晚于 WMJC 準則預測的， 這也說明 MJC 斷裂準則預測的材料斷裂應變更高。 對于靶板底部的失效單元來說，兩種斷裂準則 預測出的η D 和θ D 都分別在 0.6 和?0.4 附近，說明靶 板背部斷裂主要由雙軸拉伸應力造成，但 MJC 準則 預測的靶板背部開裂直徑明顯更大。而兩者預測的 中部失效單元的應力狀態有很大區別，即 MJC 斷裂 準則預測的單元失效主要是由三軸拉伸應力狀態 (η D >2/3)引起，而 WMJC 斷裂準則預測的單元失效 是由純剪切應力導致(η D ≈0, θ D ≈0)。對于頂部失效 單元，WMJC 斷裂準則預測的單元發生剪切斷裂， 而 MJC 斷裂準則預測的單元失效是由平面應變拉 伸應力造成(η D ≈0.47, θ D ≈0)。兩種斷裂準則預測靶 板斷裂機理的差異，主要由以下方面引起。
展開 有限元分析方法和材料斷裂準則
Elbestawi和El-Wardanylsl應用斷裂力學理論對高速切削中工件材料裂紋萌生和擴展方向進行了預測，指出當工件材料自由表面的能量達到某一臨界值時，裂紋開始產生，并沿著應變能密度最小的方向不斷擴展，進而造成材料的斷裂。
目前用來進行高速切削有限元模擬的斷裂準則有Rice&Tracy準則、Brozz準則、Cockroft&Latham準則、MeClintock準則和Freudenthal準則。大量研究者采用Cockroft&Latham準則，該準則是從能量角度建立的，通過高溫拉伸試驗計算出斷裂塑性能，并同金屬材料變形斷裂所需的能量建立映射關系，將其作為判斷金屬材料延性斷裂的臨界能量值。
考慮到高速切削的特點，塑性應變對工件材料失效斷裂起重要影響，ABAQUS/Explicit里定義材料屬性時可在材料編輯(Edit Material)選用Johnson-Cook斷裂應變模型，該模型(見公式 (3.7)、(3.8))提供了材料到達失效點時等效塑性應變的計算方法。
本研究選用了Johnson-Cook強度模型為材料的本構模型，選用了Johnson-Cook剪切失效準則為刀屑分離準則，同樣采用了Johnson-Cook斷裂應變模型為材料的斷裂模型。
ABAQUS Explicit里的 adaptive mesh采用了ALE技術。剪切失效準則和Johnson-Cook斷裂應變模型一起應用就能動態的判斷材料的失效并達到工件與切屑的分離。
展開 Lode角相關斷裂準則如何在abaqus中使用 ￥100
采用表格法，使得Lode角相關斷裂準則在abaqus中的應用。
典型拉伸模型小例子
拉伸設計到斷裂，因此在材料參數中要定義材料的斷裂屬性，即為材料設置好斷裂準則。下邊一一向大家介紹這個小模型是如何建立的。
（1）part建立
畫出如上第一張圖所示的草圖，采用sweep旋轉功能，旋轉出如上所示的典型拉伸試樣part。
（2）材料參數及斷裂準則
如下圖所示，在這個模型中需要確立一下三種材料參數：彈性參數、塑性參數以及斷裂準則。此處彈性參數需要給出彈性模量以及泊松比，塑性參數需要給出真實塑性應力與真實塑性應變之間的關系，這些數據可以由工程應力應變曲線推導出來。
Abaqus中提供了多種斷裂準則，對于這個例子，我選用ductiledamage作為斷裂準則，這個斷裂準則適用于塑性材料的斷裂行為。最關鍵的參數是下圖所示的臨界斷裂應變值，此處使用0.85。
（3）分析步的建立
因為這個例子存在大變形，所以此處選用動態分析步（dynamic），并且使大變形（nlgeom）處于on的狀態。
（4）場輸出的建立
為了能看到試樣”斷”的樣子，在場輸出中必須這樣設置一下。要選擇state/field/user/time中的status一項，如下圖所示。只有這一項選中之后，單元在達到斷裂準則之后才會斷裂，否則單元不會分開，會無線伸長。
（5）邊界條件的建立
建立如下圖所示的邊界條件，即在兩個端面上建立速度邊界條件，使兩個端面以勻速往外走。（這樣的邊界條件跟實際試驗是一致的）
（6）網格劃分
使用tet，free的網格劃分方法，網格類型選擇3D stress。畫出的網格如下圖所示。
（7）結果展示
經過上邊一系列的設置，計算結果如下圖所示。
展開 
強度理論及強度設計準則一般性總結
強度理論及強度設計準則一般性總結
強度理論表達了對材料破壞現象的各種分析假設。材料的破壞可以分為脆斷破壞和屈服破壞兩種形式，材料在斷裂前沒有明顯的塑性變形稱為脆斷破壞，材料在斷裂前有明顯的塑性變形稱為屈服破壞；但是材料危險點的應力狀態可能是單向、雙向或者三向的，因此材料產生何種形式的破壞，和其應力狀態有關。
工程設計中，對于靜強度分析來講，我們常用的強度設計準則一般有以下幾種：斷裂準則、屈服準則、莫爾準則。
斷裂準則：無裂紋體的斷裂準則---最大拉應力準則；帶裂紋體的斷裂準則—線性斷裂力學準則。
屈服準則：最大剪應力準則；形狀改變比能準則。
莫爾準則：適用于拉壓強度不相等的材料。
1最大拉應力準則
最大拉應力準則是指無能材料處于什么應力狀態，只要最大拉應力達到極限值，材料發生脆性斷裂。該準則適用于脆性材料的拉、扭，一般材料的三向拉伸等。
失效依據：
設計要求：
2線性斷裂力學準則
該準則適用于韌行材料脆性斷裂。由于裂紋尖端存在應力集中，在應力集中區域處于三向拉伸的應力狀態，此時材料可能發生脆性斷裂。
設計要求：應力強度因子低于材料的斷裂韌性(通常由實驗確定)，即
3最大剪應力準則
最大剪應力準則是指無論材料處于什么應力狀態，只要最大剪應力達到極限值，材料就發生屈服破壞。該準則適用于塑性材料屈服破壞以及一般材料三向受壓情況下。
失效依據：
設計準則：
4形狀改變比能準則
最大剪應力準則是指無論材料處于什么應力狀態，只要形狀改變比能達到極限值，材料就發生屈服破壞。準則適用于塑性材料屈服破壞以及一般材料三向受壓情況下。
展開 切削仿真有帶分離線
切削仿真有帶分離線和不帶分離線兩種方式，后者采用自適應網格實現切屑分離，沒有定義材料斷裂準則。
那么：
1.什么時候采用帶分離線方式？什么時候采用不帶分離線方式？
2.自適應網格實現切屑分離？切屑分離準則不是只有幾何分離準則與物理分離準則（我用斷裂準則）兩種方式？自適應網格如何實現切屑分離？
3.采用不帶分離線方式，且定義材料斷裂準則，此時怎么定義接觸？
第一個問題：關于什么時候采用分離線的問題，其實都是一種方法問題，對于分離線一般來講是通過預定義切屑分離層實現的，這與實際的切削過程有些不符，所以早期的切削用這個的比較多，而且分析結果還不錯，但是對于分析表面應力應變這種關系的，這種方法恐怕不是很合適，因為你的表面其實就是自己定義出來的。至于ALE，我建議你看一下他的切削過程，其實是通過網格流動實現的，切削距離不能太長。
第二個問題：自適應網格僅僅是網格流動，談不上切屑分離，而且目前切屑分離準則不能簡單說只有幾何和物理，因為這屬于斷裂一塊，如果你能判斷出什么能量下切屑斷裂，能量也是可以采用的。
第三個問題：如果不采用分離線的方式，又要定義材料斷裂準則，那其實定義接觸就少了很多，只需定義后刀面與工件，前刀面與上部切屑層以及自接觸就可以了，具體你需要通過不斷調試才能獲得成功！
展開 abaqus損傷準則總結
ABAQUS中有四種初始斷裂準則:
在高應變速率下變形時，有shear failure和tensile failure（旋壓用不到，不再介紹）
對于斷裂延性金屬：可以選用A:韌性準則（ductile criteria）和B:剪切準則（shear criteria）
對于縮頸不穩定性可以使用（鈑金）：C: FLD、FLSD、M-K以及MSFLD
對于鋁合金、鎂合金以及高強鋼在變形過程中會出現不同機制的斷裂，可能會將以上準則聯合起來進行使用。
損傷的感念如下圖所示：
1. 韌性斷裂準則
1.1 ABAQUS中提供的韌性斷裂準則需要輸入的參數為：
斷裂應變；應力三軸度；應變速率
要測量不同應力三軸度下的斷裂應變需要進行大量的實驗，這是不可取的。
Hooputra et al,2004通過實驗和理論推導得到了在定應變速率下，斷裂應變和應力三軸度的關系：
SIMUWE論壇中的建議：
這個應該通過單軸拉伸實驗、壓縮實驗和純剪切實驗。各測得各自的應變量。 應力三軸度拉伸是0.33，壓縮是-0.33，純剪切時0。實驗好做。
方程求解后，就可以得到（不同溫度、不同應變速率下）不同三軸應力對應的斷裂初始時的等效塑性應變。
例子中提供的斷裂應變和應力三軸度的關系如下圖所示，材料為7018鋁合金，T6態：
展開 Johnson-Cook本構模型及材料數據庫的介紹（轉載）
Johnson-Cook 本構模型和斷裂準則是 Johnson 和 Cook 在上個世紀八十年代提出的，被廣泛應用于沖擊領域，Johnson、Cook 等學者對等材料進行了不同應變率和溫度下的霍普金森拉桿、扭轉試驗，通過數值模擬與試驗結果對比，標定了 12 種材料的 Johnson-Cook 本構模型的參數；提出了考慮了大應變、高溫以及高應力影響的斷裂準則，并通過 Taylor 撞擊試驗與數值模擬的對比進行驗證。
J-C模型已經研究得比較成熟，國內外有諸多文獻發表。其將材料加工硬化效應、應變率效應和溫度效應解耦，方程形式比較簡單，便于工程應用。J-C模型已內置在很多大型商業有限元軟件如Abaqus中，在材料加工、汽車耐撞性檢驗、高鐵安全性測試、鳥撞飛機模擬等領域中得到了廣泛應用，為材料和結構設計提供了寶貴的技術參數和參考信息。但是，數值模擬的預測能力很大程度上依耐于模型參數的準確性，因此必須對材料J-C模型參數進行細致地實驗標定。
方程(1)和(2)右邊三項分別代表加工硬化效應、應變率效應和溫度效應對流動應力或斷裂應變的影響。式中A、B、C、n、m以及D1- D5均為模型參數。
圖 1 Johnson-Cook模型應用實例
南京智能制造研究院正致力于建設全面的Johnson-Cook材料數據庫，目前已擁有上千種不同牌號的數據，如有需要請聯系洽談。
圖2 Johnson-Cook材料數據示例
展開 Johnson-Cook本構在仿真中的應用（轉載）
原文鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/09d99b78-ceab-4799-8c88-893e1a77affa
Johnson-Cook 本構模型和斷裂準則是 Johnson 和 Cook 在上個世紀八十年代提出的，被廣泛應用于沖擊領域，Johnson、Cook 等學者對等材料進行了不同應變率和溫度下的霍普金森拉桿、扭轉試驗，通過數值模擬與試驗結果對比，標定了 12 種材料的 Johnson-Cook 本構模型的參數；提出了考慮了大應變、高溫以及高應力影響的斷裂準則，并通過 Taylor 撞擊試驗與數值模擬的對比進行驗證。
J-C模型已經研究得比較成熟，國內外有諸多文獻發表。其將材料加工硬化效應、應變率效應和溫度效應解耦，方程形式比較簡單，便于工程應用。J-C模型已內置在很多大型商業有限元軟件如Abaqus中，在材料加工、汽車耐撞性檢驗、高鐵安全性測試、鳥撞飛機模擬等領域中得到了廣泛應用，為材料和結構設計提供了寶貴的技術參數和參考信息。但是，數值模擬的預測能力很大程度上依耐于模型參數的準確性，因此必須對材料J-C模型參數進行細致地實驗標定。
方程(1)和(2)右邊三項分別代表加工硬化效應、應變率效應和溫度效應對流動應力或斷裂應變的影響。式中A、B、C、n、m以及D1- D5均為模型參數。
展開 Johnson-Cook本構參數其重要性（轉載）
原文鏈接： https://www.yqgqt.org.cn/content/post/09d99b78-ceab-4799-8c88-893e1a77affa
Johnson-Cook 本構模型和斷裂準則是 Johnson 和 Cook 在上個世紀八十年代提出的，被廣泛應用于沖擊領域，Johnson、Cook 等學者對等材料進行了不同應變率和溫度下的霍普金森拉桿、扭轉試驗，通過數值模擬與試驗結果對比，標定了 12 種材料的 Johnson-Cook 本構模型的參數；提出了考慮了大應變、高溫以及高應力影響的斷裂準則，并通過 Taylor 撞擊試驗與數值模擬的對比進行驗證。
J-C模型已經研究得比較成熟，國內外有諸多文獻發表。其將材料加工硬化效應、應變率效應和溫度效應解耦，方程形式比較簡單，便于工程應用。J-C模型已內置在很多大型商業有限元軟件如Abaqus中，在材料加工、汽車耐撞性檢驗、高鐵安全性測試、鳥撞飛機模擬等領域中得到了廣泛應用，為材料和結構設計提供了寶貴的技術參數和參考信息。但是，數值模擬的預測能力很大程度上依耐于模型參數的準確性，因此必須對材料J-C模型參數進行細致地實驗標定。
方程(1)和(2)右邊三項分別代表加工硬化效應、應變率效應和溫度效應對流動應力或斷裂應變的影響。式中A、B、C、n、m以及D1- D5均為模型參數。
展開 Johnson-Cook本構模型及參數重要性（轉載）
原文鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/09d99b78-ceab-4799-8c88-893e1a77affa
Johnson-Cook 本構模型和斷裂準則是 Johnson 和 Cook 在上個世紀八十年代提出的，被廣泛應用于沖擊領域，Johnson、Cook 等學者對等材料進行了不同應變率和溫度下的霍普金森拉桿、扭轉試驗，通過數值模擬與試驗結果對比，標定了 12 種材料的 Johnson-Cook 本構模型的參數；提出了考慮了大應變、高溫以及高應力影響的斷裂準則，并通過 Taylor 撞擊試驗與數值模擬的對比進行驗證。
J-C模型已經研究得比較成熟，國內外有諸多文獻發表。其將材料加工硬化效應、應變率效應和溫度效應解耦，方程形式比較簡單，便于工程應用。J-C模型已內置在很多大型商業有限元軟件如Abaqus中，在材料加工、汽車耐撞性檢驗、高鐵安全性測試、鳥撞飛機模擬等領域中得到了廣泛應用，為材料和結構設計提供了寶貴的技術參數和參考信息。但是，數值模擬的預測能力很大程度上依耐于模型參數的準確性，因此必須對材料J-C模型參數進行細致地實驗標定。
方程(1)和(2)右邊三項分別代表加工硬化效應、應變率效應和溫度效應對流動應力或斷裂應變的影響。式中A、B、C、n、m以及D1- D5均為模型參數。
展開 
Johnson-Cook本構在仿真中的應用與重要性（轉載）
原文鏈接： https://www.yqgqt.org.cn/content/post/09d99b78-ceab-4799-8c88-893e1a77affa
Johnson-Cook 本構模型和斷裂準則是 Johnson 和 Cook 在上個世紀八十年代提出的，被廣泛應用于沖擊領域，Johnson、Cook 等學者對等材料進行了不同應變率和溫度下的霍普金森拉桿、扭轉試驗，通過數值模擬與試驗結果對比，標定了 12 種材料的 Johnson-Cook 本構模型的參數；提出了考慮了大應變、高溫以及高應力影響的斷裂準則，并通過 Taylor 撞擊試驗與數值模擬的對比進行驗證。
J-C模型已經研究得比較成熟，國內外有諸多文獻發表。其將材料加工硬化效應、應變率效應和溫度效應解耦，方程形式比較簡單，便于工程應用。J-C模型已內置在很多大型商業有限元軟件如Abaqus中，在材料加工、汽車耐撞性檢驗、高鐵安全性測試、鳥撞飛機模擬等領域中得到了廣泛應用，為材料和結構設計提供了寶貴的技術參數和參考信息。但是，數值模擬的預測能力很大程度上依耐于模型參數的準確性，因此必須對材料J-C模型參數進行細致地實驗標定。
方程(1)和(2)右邊三項分別代表加工硬化效應、應變率效應和溫度效應對流動應力或斷裂應變的影響。式中A、B、C、n、m以及D1- D5均為模型參數。
展開 Johnson-Cook本構參數的重要性（轉載）
原文鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/09d99b78-ceab-4799-8c88-893e1a77affa
Johnson-Cook 本構模型和斷裂準則是 Johnson 和 Cook 在上個世紀八十年代提出的，被廣泛應用于沖擊領域，Johnson、Cook 等學者對等材料進行了不同應變率和溫度下的霍普金森拉桿、扭轉試驗，通過數值模擬與試驗結果對比，標定了 12 種材料的 Johnson-Cook 本構模型的參數；提出了考慮了大應變、高溫以及高應力影響的斷裂準則，并通過 Taylor 撞擊試驗與數值模擬的對比進行驗證。
J-C模型已經研究得比較成熟，國內外有諸多文獻發表。其將材料加工硬化效應、應變率效應和溫度效應解耦，方程形式比較簡單，便于工程應用。J-C模型已內置在很多大型商業有限元軟件如Abaqus中，在材料加工、汽車耐撞性檢驗、高鐵安全性測試、鳥撞飛機模擬等領域中得到了廣泛應用，為材料和結構設計提供了寶貴的技術參數和參考信息。但是，數值模擬的預測能力很大程度上依耐于模型參數的準確性，因此必須對材料J-C模型參數進行細致地實驗標定。
方程(1)和(2)右邊三項分別代表加工硬化效應、應變率效應和溫度效應對流動應力或斷裂應變的影響。式中A、B、C、n、m以及D1- D5均為模型參數。
展開 Abaqus復合材料3D Hashin失效準則，脆性斷裂-Vumat
對于纖維增強復合材料的模擬，在ABAQUS中，集成了二維Hashin失效準則與多種損傷演化準則，但缺少三維的復合材料本構模型。
參考已有的3Dhashin失效準則編寫復合材料脆性斷裂子程序。
首先介紹該子程序的使用方法
1.在ABAQUS中建立三維復合材料模型，這里建立一個簡單的方塊。1,2方向分別表示絲束的方向，3方向表示垂直于1，2的方向，也就是面外方向。
2.建立材料屬性（圖片中材料參數為假設值）
表1 16個參數對應含義
1
2
3
4
5
6
7
8
E11
E22
E33
G12
G13
G23
U12
U13
9
10
11
12
13
14
15
16
U23
1方向拉伸強度
1方向壓縮強度
2方向拉伸強度
2方向壓縮強度
12方向剪切強度
13方向剪切強度
23方向剪切強度
3.建立顯示Explicit計算時間步，在場變量中勾選輸出 SDV和 STATUS.
4.劃分網格，賦給Explicit 3D stress單元類型，邊界條件根據需要設定即可。此處劃分為一個單元，單向加載。建立Job，提交模型前在Job中選擇該子程序，進行計算。
5.查看結果，滿足失效準則后無承載，單元被刪除。
子程序輸出的state1-6為儲存的應變（順序為11 22 33 12 23 13），state7為單元刪除變量，state8-11為Hashin失效判斷系數（0~1）。
接下來簡要介紹該子程序的相關理論
彈性階段總應力與總彈性應變之間的關系為
式中，σ是柯西應力，S0是柔度矩陣，ε是彈性應變。
展開 【螺栓斷裂】Abaqus韌性損傷與剪切損傷準則---{ 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點的損傷初始化準則，以及cd段的損傷演化（損傷后材料剛度退化路徑）。材料軟化后可持續承載，直到達到d點，材料失效，失去承載能力。
圖1-韌性金屬的全載荷區間應力-應變曲線
圖2-韌性金屬的損傷準則
ABAQUS為韌性金屬提供不同的損傷初始化準則，大致分為兩種類型：
金屬裂紋的損傷初始化準則，包括韌性準則（ductile damage、Johnson-Cook damage）和剪切準則（shear damage）。也就是圖2中紅框內的三個準則，它們都屬于金屬承載后產生裂紋的準則。
金屬板的徑縮不穩定損傷初始化準則，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則，不在本文討論范圍。
圖3-漸進損傷失效分類【摘自Abaqus材料本構模型導圖，完整版鏈接】
····································常見問題解答····································
······Q1: 韌性準則和剪切準則有何不同？
······A1: 韌性金屬開裂有兩種主要機理，基于唯象觀察，仿真模擬這兩種機理時用到不同的損傷起始準則（hooputra2004）：
機理1，由于內部（微裂紋）的成核、生長和孔隙的聚集產生的韌性斷裂，這種情況下ductile damage、Johnson-Cook damage兩種韌性準則是適用的，常見于拉伸工況。
圖4-機理1韌性斷裂
機理2，由于剪力帶局部化產生的剪切斷裂，這時shear damage比較適合，常見于剪切工況。
展開 