漸進失效模型的案例
【理論知識】Hashin復合材料漸進失效模型原理及參數詳解
在之前的文章里曾經多次提到過Hashin準則，這是目前區分失效模式的判據中應用最廣泛的判據之一，已被Abaqus、Ansys、MSC等大型商業軟件所集成。無論中文還是外文有關采用Hashin準則進行復合材料漸進失效分析的文章也是鋪天蓋地、數不勝數，Hashin于1980年發表的一篇單向纖維增強復合材料失效準則的文章被引用了3790次。在提出該理論時，本來是用于預測單向復合材料失效行為的，然鵝，目前大家基本都在將其應用于層壓板的失效預測。
關于Hashin準則的描述以及在WWFE中的表現，之前已經撰文描述過，此處不再贅述，感興趣的可以點擊下方鏈接了解詳情。
聊一聊世界復合材料失效運動會（WWFE）——搞復材失效而不知WWFE你就out了
復合材料失效理論知多少？（一）
本文主要講解一下Abaqus中使用Hashin失效判據以及基于能量的演化判據進行漸進失效分析時各種參數和變量的定義和來由。有一些讀者對這兩者的組合使用的非常熟練，但并不了解損傷演化過程中失效判據和臨界應變能釋放率是如何控制損傷擴展的，希望通過本文能幫助讀者對復合材料漸進失效分析有進一步的認識。
展開 基于Abaqus/Explicit的復合材料漸進損傷失效模型及VUMAT子程序講解分析（含詳細視頻教程）
(5) 單軸拉伸模型的建立與結果分析，與abaqus自帶的二維hashin和漸進損傷對比。
(6) 模型的改進與結果分析，最終單軸拉伸的剛度誤差為-0.35%，最大應力誤差為-0.38%，失效應變誤差為-0.34%。
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課程提供CAE文件，inp文件，VUMAT子程序源代碼，pdf學習筆記（58頁）
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復合材料漸進損傷失效VUMAT子程序詳解
https://www.yqgqt.org.cn/video/c246386
展開 漸進性損傷與失效（主要是韌性金屬）-- 圖片未顯示的話，可郵箱PDF格式文件 ￥12
漸進性損傷與失效：概覽（Progressive damage and failure: overview）
一、漸進性損傷與失效
ABAQUS主要提供以下模型來預測漸進損傷與失效：
（1）韌性金屬的漸進損傷與失效（Progressive damage and failure for ductile metals）：
ABAQUS具有模擬韌性金屬漸進性損傷與失效的基本功能：（1）該損傷與失效模型可以與Mises、Johnson-Cook、Hill以及Drucker-Prager塑性模型聯合使用；（2）該損傷與失效模型支持定義支持一種或多種損傷初始準則，包括韌性ductile，剪切shear，成形極限圖forming limit diagram （FLD），成形極限應力圖forming limit stress diagram（FLSD），成形極限圖Müschenborn-Sonne forming limit diagram（MSFLD）和Marciniak-Kuczynski（M-K）準則。指定損傷初始準則后，材料剛度會根據指定的損傷演化規律進行漸進地退化。
漸進損傷與失效模型允許材料剛度呈現平滑退化，故適合準靜態和動態分析，比動態失效模型（Dynamic failure models）具有很大的優勢（注：ABAQUS/Explicit提供動態失效模型（Dynamic failure models），適用于高應變率動態問題）。
Johnson-Cook和M-K損傷初始準則不適用于ABAQUS/Standard分析（即隱式迭代方法）。
展開 技術鄰學院丨直播課的錄播視頻、課件PPT以及原模型插件，都整理出來，請各位學霸們查收！
第一場
ABAQUS傳統結構建模介紹
課程名稱
ABAQUS復合材料分析直播培訓--傳統結構建模介紹
課程簡介
1、傳統復合材料結構建模方式介紹（建模+計算+結果查看）
2、Composite layup快捷建模（建模+計算+結果查看）
第二場
ABAQUS加筋板結構建模分析
課程名稱
ABAQUS復合材料分析直播培訓--加筋板結構建模分析
課程簡介
1.復合材料加筋板結構建模分析（3種加筋方式）
2.蜂窩夾層結構建模與分析：等效彈性常數建模/蜂窩細節建模
3.圓柱坐標系/離散坐標系在復合材料建模中的應用
第三場
Abaqus內嵌二維Hashin漸進失效模型的應用
課程名稱
ABAQUS復合材料分析直播培訓--Abaqus內嵌二維Hashin漸進失效模型的應用
課程簡介
1、Abaqus內嵌二維Hashin漸進失效模型的應用
2、hashin失效模型材料參數設置
第四場
cohesive單元及surface-based chesive的應用
課程名稱
cohesive單元及surface-based chesive的應用
課程簡介
1、內聚力本構介紹
2、cohesive element用法
3、surface-based chesive用法
技術鄰直播
ICEM網格劃分基礎應用及拓展
課程名稱
ICEM網格劃分基礎應用及拓展
課程簡介
1、ICEM
展開 
金屬韌性損傷材料失效模型應用實例-Abaqus/Explicit鋼制管狀結構多工況沖擊損傷失效分析 ￥49.9
在常溫狀態下，大多數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使用韌性損傷漸進失效模型。
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。材料承載經歷彈塑性階段后達到損傷起始點a，繼續承載，損傷后的材料剛度折減，出現軟化，直到損傷參數D=1時，材料剛度退化為0，單元刪除。
韌性材料損傷漸進失效模型
工程案例：
鋼制管狀結構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：
沖擊質量5kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度200m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度300m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度400m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚20mm;
沖擊質量25kg，速度400m/s，桶厚50mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚50mm;
付費部分為鋼制管狀結構多工況沖擊損傷失效分析案例的9種工況共計9個inp文件壓縮包+CAE 源文件壓縮包。
展開 復合材料纖維方向斷裂韌性的測量方法
熟悉Abaqus內嵌的二維hashin漸進失效模型的同學都知道，在判斷損傷起始以后，需要依據材料的斷裂韌性對剛度進行退化，如下圖所示。
上述表格中的數據即為材料不同方向拉壓開裂時的斷裂韌性，在Hashin漸進失效模型中，四個斷裂韌性的數值分別用于求解四個失效位移值，如下圖所示。
以纖維方向拉斷為例，Gft為纖維方向拉斷對應的斷裂韌性，XT為單向板0°方向的拉伸強度，根據這兩項就可以推出其失效位移為：
一般的，對于基體的斷裂韌性我們可以通過雙懸臂梁實驗（DCB實驗，參見標準ASTM5528）來測得I型斷裂韌性。或者通過ENF試驗來測得II型斷裂韌性。
DCB實驗示意圖
ENF實驗示意圖
目前在文獻或者試驗標準中看到的都是針對基體或者界面的測試方法，很少有人去測試垂直纖維方向斷裂時的斷裂韌性。
本文將簡單介紹一下沿纖維方向斷裂時的斷裂韌性測試方法，文獻中能夠查找到的大多都是基于CT和CC試樣，下圖所示是拉伸斷裂時的斷裂韌性測試方法及建議的試件尺寸，其參考的試驗標準是ASTM E399。
CT試樣示意圖
類似的，當測試壓縮斷裂韌性時，采用CC試樣，其參考試驗標準是ASTM E1820，如下圖所示。
CC試樣示意圖
纖維方向開裂時的斷裂韌性一般要遠大于基體開裂時的斷裂韌性，例如，文獻中的纖維拉伸斷裂韌性大約在50-150N/mm之間，而基體斷裂韌性大約在0.2-1.5N/mm之間，相差可以達百倍。
上述實驗在實際操作過程中是很容易失敗的，因為基體強度很低，即使按照試驗標準建議的尺寸加工試件，在測試時，有可能會出現裂紋90°拐折，導致測不出纖維拉斷或壓斷時的斷裂韌性，因此對試件的加工要求很高，感興趣的可以嘗試一下，國內測試這類數據的還是很少的。
展開 基于Abaqus的vumat進行纖維增強復合材料漸進損傷與失效仿真
筆名：復材失效仿真
關鍵詞：纖維增強復合材料，航空航天，漸近損傷模型，有限元仿真，沖擊
復合材料結構漸進損傷研究
復合材料因其輕質高強廣泛應用于航空航天、交通運輸等領域。當復合材料具備復雜結構（如連接結構）或承受復雜工況（如沖擊載荷）時，層內損傷的模式包括多種損傷模式纖維/基體脫粘、基體開裂和纖維斷裂，從而引起復合材料結構漸進失效。為了模擬這些現象，漸進損傷模型（PDM）在過去二十年中常被使用并已被證明是一種有效的方法。PDM通過材料退化建模模擬損傷開始后的材料性能衰減，為預測復合材料的準脆性破壞過程提供了一個準確的框架。PDM軟化規律的形式由材料裂縫萌生和擴展背后的物理機制決定，并影響初始損傷后的結構承載能力。
連接結構是復合材料應用的薄弱環節，其失效涉及復雜損傷機制。對于復合材料螺栓連接結構，開發三維漸進損傷模型模擬多搭接結構的失效，預測的基體失效、分層擴展失效模式可以與實驗對應。對于復合材料膠接結構，基于損傷演化模型研究了單搭接螺栓復合材料過盈配合接頭的承載行為，數值模型很好地捕捉了復材膠接平面微觀形態中的纖維斷裂和基體裂紋，表明漸進損傷模型在應用中具有較好精確性。
復合材料在服役過程中有可能經受外物沖擊而產生可見或不可見損傷。利用漸進損傷模型對復合材料層合板的沖擊損傷傳播過程進行模擬，可以發現在整個加載過程中，不同損傷模式在層間的非均勻傳播特征。基于漸進損傷模型建立層合板的損傷確定、逐步演化和本構關系等損傷分析過程，能夠精準預測復合材料受單次或多次的沖擊行為。
建立漸進損傷本構模型
建立纖維增強復合材料三維有限元模型，采用實體單元和內聚力cohesive單元分布模擬復合材料層內和層間損傷。
展開 ABAQUS 2Dhashin漸進損傷失效準則Standard不同于Explicit，及單元不刪除
ABAQUS顯式和隱式Hashin失效的損傷起始判斷準則一致，但是單元刪除策略不同，如下ABAQUS幫助文檔中提到：
1. Standard中，Hashin中所有的失效模式中的損傷系數達到dmax才會認為材料失效。
2. Explicit中，當任意纖維失效模式（纖維拉伸或壓縮）中的損傷系數達到dmax即認為材料失效。
我們回頭來看Hashin失效準則：
隱式計算中，當纖維拉伸失效準則中的失效系數達到1時，材料點還在基體方向繼續有承載。而顯式計算中，纖維拉伸失效滿足后，材料點在基體方向即沒有承載能力。
但是滿足上面的條件還不足以刪除單元，幫助文檔中提到：
1. 隱式計算中需要所有單元截面所有的材料點失效，才會判斷刪除單元。
2. 顯式計算中所有單元截面處任意一個材料點失效，即可判斷單元刪除。
例如一個殼單元中可能有3個材料點（積分點），當其中一個材料點失效時，顯式計算中單元即刪除，隱式計算中單元可以繼續承載。
總結：
1 隱式計算更為保守，需要所有的失效模式達到最大損傷系數，判斷材料點的失效，所有截面的所有材料點失效才能判斷刪除單元。
2.顯式計算中，纖維拉伸/壓縮失效模式達到最大損傷系數，判斷材料點的失效，所有截面的任一材料點失效即會刪除單元。
題外話：在顯式計算中，會出現某些復雜應力狀態下（例如開孔件拉伸），即使滿足了Hashin失效準則，單元仍然具有承載能力。這與ABAQUS內部刪除單元策略有關。不過通過自寫vumat已經可以解決abaqus顯式計算中滿足2D hashin失效而不刪除單元的問題。
展開 abaqus三維復合材料彈塑性+漸進損傷本構模型-3D VUMAT ￥145
對于纖維增強復合材料的模擬，在<a href="/major/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。
參考一篇已發表的SCI文章，使用Fortran語言建立三維平紋織物復合材料彈塑性、漸進損傷本構模型-Vumat子程序。平紋織物復合材料在1方向和2方向絲束性能近似相同。
該程序是博士期間學習復材子程序的小部分總結，編程結構并不是非常漂亮及完美，但確保能順利運行，且單元驗證結果與理論公式一致，介意請勿拍。
程序中塑性迭代部分并非主流的牛頓-拉夫遜和梯度下降方法，但經過驗證能夠適用于該模型，介意請勿拍。
附件內容：1. inp算例模型(低速沖擊工況，1/4模型，層間使用cohesive element) 2. 子程序 3 .使用方法 4.參考論文名稱
首先介紹該子程序的使用方法與效果
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。賦給材料方向，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
3. 建立顯示Explicit計算時間步，時間0.005，在場輸出中勾選輸出 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，此處不再贅述。此處劃分為一個單元，使用12方向往復加載卸載。建立Job，提交模型前在Job中選擇該子程序，設置雙精度計算。
5. 查看結果，等效塑性應變在卸載時沒有變化，再次加載時剪切應力按照原來的路徑返回，剪切損傷在卸載時也保持不變。
6. 將該子程序應用在低速沖擊模型中，可以順利運行。
接下來簡要介紹該子程序的相關理論，子程序、參考的論文名稱以及輸入材料參數的對應含義打包在附件中。
展開 復合材料有限元分析中如何計算損傷包絡面積？（附工具） ￥500
Variable Name：就是自己想要查看的變量名稱，比如Abaqus自帶的二維hashin漸進失效模型中，DAMAGEFT代表纖維拉伸損傷，DAMAGEMT代表基體拉伸損傷等等，變量名別輸錯哦。
第四步：執行程序
點擊“Calculate”按鈕，開始執行，右下方會有進度條顯示處理進度。
第五步：結果查看
程序執行完畢后，會在CAE界面下方打印出總的包絡面積，如下：
同時，在CAE模型中會新增一個名為surface的平面零件，該平面即為所有鋪層損傷面積的包絡尺寸，如下圖所示。
將該surface零件與原零件裝配到一起可以對比查看損傷的總包絡，如下圖所示，比較直觀一些（紅線包絡區域為損傷區域）。
(4)其他測試
針對自定義VUMAT沖擊損傷模型，上述程序也可以執行，例如以下沖擊損傷模型，SDV_DMT代表的是基體拉伸損傷.
執行后的結果如下：
除了面內損傷，還可以看表征分層損傷的變量QUADSCRT和SDEG
目前僅提供Abaqus6.13 、Abaqus6.14、Abaqus2017、Abaqus2018四個版本的執行程序（非源代碼），其他版本Abaqus無法保證可用。
上述版本的插件執行代碼為付費內容咯，點擊購買可直接下載插件及測試模型。
【注】本文首發“復合材料力學”微信公眾平臺及“技術鄰”，未經允許請勿轉發。
展開 abaqus復合材料與cohesive完整版教學視頻發布
章節1.abaqus內嵌的hashin漸進失效模型使用方法
章節2.自帶的多種復合材料層壓板失效判據，如Tsai-Wu 、Tsai-Hill、Azzi-Tsai-Hill、Maximum strain以及Maximum stress等。
章節3.教你分分鐘建立復合材料有限元模型
章節4.教你分分鐘建立復合材料沖擊損傷有限元模型（視頻中的錯誤信息已在程序源代碼中更正，可自行下載）
章節5.復合材料圓筒件建模詳解，講述了殼單元/連續殼單元圓筒件的建模方法。
章節6.Abaqus中三維復合材料結構仿真分析案例
abaqus cohesive系列主要介紹Abaqus軟件中cohesive 單元及surface-based cohesive的建模方法以及注意事項，共7個視頻。
章節1:abaqus 二維cohesive單元建模詳解
章節2:abaqus三維cohesive單元建模詳解
章節3:abaqus surface-based cohesive應用案例
章節4:二維surface-based cohesive注意事項
章節5:幾種創建零厚度cohesive單元的方式
章節6:如何在Abaqus/explicit中使用surface-based cohesive
章節7:cohesive本構參數詳解
另外，歡迎關注“復合材料力學”微信公眾平臺，內有大量復合材料學習資料，中文搜索“復合材料力學”即可。
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技術鄰學院:abaqus復合材料與cohesive教學視頻發布
主要章節如下
章節1.abaqus內嵌的hashin漸進失效模型使用方法
章節2.自帶的多種復合材料層壓板失效判據，如Tsai-Wu 、Tsai-Hill、Azzi-Tsai-Hill、Maximum strain以及Maximum stress等。
章節3.教你分分鐘建立復合材料有限元模型
章節4.教你分分鐘建立復合材料沖擊損傷有限元模型（視頻中的錯誤信息已在程序源代碼中更正，可自行下載）
章節5.復合材料圓筒件建模詳解，講述了殼單元/連續殼單元圓筒件的建模方法。
章節6.abaqus自帶的復合材料三維實體單元建模詳解。
章節7.復雜曲面復合材料結構鋪層設置
abaqus cohesive系列主要介紹Abaqus軟件中cohesive 單元及surface-based cohesive的建模方法以及注意事項，共7個視頻，總時長1小時39分鐘。 主要章節如下：
章節1:abaqus 二維cohesive單元建模詳解
章節2:abaqus三維cohesive單元建模詳解
章節3:abaqus surface-based cohesive應用案例
章節4:abaqus 二維surface-based cohesive 注意事項
章節5:cohesive 本構參數詳解（即將更新）
章節6:如何在Abaqus/explicit中使用surface-based cohesive
章節7:cohesive本構參數詳解
展開 彈丸沖擊侵徹平板（ABAQUS 6.16幫助文檔第2.1.4節）
提醒：點擊文中超鏈接可直接下載相應inp文件
關鍵詞：沖擊 漸進損傷失效模型 節點侵蝕（nodal erosion） 通用接觸算法 Abacus/Explicit
傳送門：第2.1.3節 剛性彈丸對板材的侵徹分析
https://www.yqgqt.org.cn/post/1926993
本示例驗證了通用接觸算法（general contact algorithm）具備模擬高速沖擊過程中多個接觸體表面侵徹的能力。本示例模擬了速度為2000m/s的圓柱形彈丸以傾斜角度沖擊裝甲平板的過程。彈丸和鋼板均采用相同的材料模型——漸進損傷的失效模型。
一、問題描述
未變形的網格單元如圖2.1.4-1所示。
裝甲平板的厚度為3毫米。為了簡化分析，僅對裝甲平板上的一個相對較小的矩形區域進行建模，該分割出的小區域的三個面的邊界條件設置為完全固定，剩余一面設置為沿y軸對稱。
彈丸的長度為10毫米，半徑為1毫米，初始速度為2000 m/s。圓柱狀彈丸的軸線與裝甲平板的垂直方向呈20°夾角，且彈丸的初始速度方向與其軸線方向一致僅對彈丸的一半進行建模，并指定該部分沿y軸對稱。
裝甲平板和彈丸的材料屬性完全相同，包括楊氏模量210GPa、泊松比0.3和密度7800kg/m3。材料的屈服應力被定義為在不同等效塑性應變率下的等效塑性應變的函數。材料定義還包括了漸進損傷的失效模型，因而在分析過程中Abacus/Explicit會將失效的網格單元移除。
展開 利用 Digimat 提升 SMC 部件響應的仿真置信度
? 由于微結構的復雜性（包括纖維/束/切片纏結），失效萌生和損傷演化的仿真成為最主要的挑戰。
? 在使用多個預成型體形狀和/或嵌件時，材料流會在特定位置處相遇，從而產生熔接線。由于在交界區沒有增強相來承載，因此熔接線往往是 SMC 部件中的薄弱環節。
解決方案
各向異性
可使用 Moldex3D 來預測 SMC 部件的微觀結構，其中包括因預成型體形狀在模具中的流動以及存在焊接線而導致的復雜性。然后采用 Digimat 技術來捕捉材料的各向異性，該技術依靠平均場算法來實現成功預測。
失效與損傷
新型針對不連續纖維材料模型的可調損傷法則可將損傷演化與材料強度進行關聯。它基于漸進失效模型，通過降低剛度來描述后失效的能量耗散。
熔接線
工藝仿真軟件還可以通過節點列表來給出熔接線位置。借助 Digimat-MAP，可將該節點表映射為一個單元集。該單元集的材料卡的強度參數相對于其他區域值有所降低，以示焊接線對強度的削弱。
結果
如今，靜態和碰撞有限元分析仿真已能得到極佳的剛度準確性，并可采集典型部件負載情況下的峰值負載和位移趨勢。
下圖以座椅內部部件為例來說明從工藝仿真到結構應用的工作流程。Digimat 仿真在大多數負載情況下都能與試驗數據很好地吻合，其中包括頭部撞擊（刺穿），并且能正確地顯示關鍵點所在的位置。
來源：MSC軟件
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君莫老師是國內出版ABAQUS GUI程序書籍第一人，在ABAQUS復合材料分析上的研究非常有建樹，制作的學習視頻出售上萬次，是Abaqus復合材料分析方面的權威專家。
此直播培訓共有4節課，著重介紹傳統復合材料結構建模方式、復合材料加筋板結構建模分析、蜂窩夾層結構建模與分析、等效彈性常數建模/蜂窩細節建模、Abaqus內嵌二維Hashin漸進失效模型的應用、cohesive單元及surface-based chesive的應用。
9月8日首播現場，同學們互動十分積極，君莫老師也十分耐心的回答大家的問題。
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