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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。

(3) 程序詳細解讀漸進損傷失效模型，包括三維hashin初始失效準則，漸進損傷，損傷系數如何計算，損傷矩陣（damage effect matrix）等。(4) 單元測試，包括纖維拉伸和基體拉伸；如何調試子程序；對結果進行分析，包括應力，應變，初始損傷系數，損傷演化中的損傷系數，等效位移等等。

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。

</p><p>針對上述問題，筆者引入漸進損傷的方法研究末級葉片的失效。</p><p>(1)&nbsp;將結構的總外載荷分為n級進行逐級加載；</p><p>(2)&nbsp;每級加載完成后，基于失效判據對所有單元進行校核。

通常用于絕熱瞬態動態模擬;與Abaqus/Explicit中的Johnson-Cook動態失效模型結合使用;Abaqus/Explicit中，可以結合拉伸破壞模型來模擬拉伸剝落或壓力斷口;可與漸進損傷和失效模型(漸進損傷和失效)結合使用，以指定不同的損傷起始準則和損傷演化規律，同時允許材料剛度的漸進退化和網格單元的移除;必須與線彈性材料模型(線性彈性行為)或狀態方程材料模型(狀態方程)結合使用。

（2）漸進壓潰失效變形階段（2.3～80 mm）。在漸進壓潰失效變形階段初期，圓管頂端開始撕裂，出現了分層現象。緊接著圓管向四周開裂，此時在中心處出現裂紋，圓管開始發生分層破壞。隨著壓潰位移繼續增加，層內與層間裂紋繼續擴展，CFRP圓管被裂紋撕開成內層和外層。

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。

該子程序專用于預測纖維增強復合材料（如碳纖維、玻璃纖維層合板）的漸進失效行為，適用于航空航天結構（機翼蒙皮、整流罩）、新能源汽車電池包防護結構、風電葉片等領域的強度分析與失效預測。其優勢在于精確模擬從初始彈性響應、塑性變形到最終斷裂的全過程，尤其擅長處理沖擊載荷、復雜應力狀態下的損傷演化問題。

對于需要移除元件的準靜態問題，建議使用漸進損傷和破壞模型（漸進損傷和失效）或Gurson金屬塑性模型（多孔金屬塑性），使用該損傷模型時需要配合對應的塑性和硬化模型。

這些漸進損傷理論已被用于預測復雜CERPs在鉆孔過程中的損傷行為，比如Isbilir、 Phadnis和Feito。

材料應用漸進失效模型（progressive failure model），從而Abaqus/Explicit將刪除發生失效的網格單元。假設失效發生在100%的等效塑性應變下，此時網格單元將被立即刪除。（失效應變的值是隨意選擇的，并不模擬任何特定材料。） 球體（彈丸）的直徑為20mm，假設為剛性，其為均一材質，密度為37240 kg/m3。

通常用于絕熱瞬態動態模擬;與Abaqus/Explicit中的Johnson-Cook動態失效模型結合使用;Abaqus/Explicit中，可以結合拉伸破壞模型來模擬拉伸剝落或壓力斷口;可與漸進損傷和失效模型(漸進損傷和失效)結合使用，以指定不同的損傷起始準則和損傷演化規律，同時允許材料剛度的漸進退化和網格單元的移除;必須與線彈性材料模型(線性彈性行為)或狀態方程材料模型(狀態方程)結合使用。

然而在工程中，我們常常面臨的場景是強度校核，而非一定要把材料失效的點算準。</p><p>目前對于復合材料的靜力失效主要材料兩種思路：</p><p>(1)&nbsp;思路一，漸進失效分析。該思路的目標是計算結構的失效極限。對結構逐級加載，并監測失效單元，對加載過程中出現失效的單元進行性能折減，當失效單元數量達到一定程度，載荷變形曲線掉落，此時認為結構失效。

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。

通過USDFLD子程序標記燒蝕的單元，并將其損傷設置為1.然后結合UMAT子程序，采用hashin準則https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124對含初始損傷的復合材料平板進行漸進損傷分析，以獲得其剩余強度。計算得到的損傷云圖和載荷位移曲線如圖所示。可以發現，在拉伸載荷作用下，復合材料從雷擊點處開始發生破壞，失效過程與中心開孔板類似。