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筆名：復(fù)材失效仿真關(guān)鍵詞：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，航空航天，漸近損傷模型，有限元仿真，沖擊復(fù)合材料結(jié)構(gòu)漸進(jìn)損傷研究復(fù)合材料因其輕質(zhì)高強(qiáng)廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。當(dāng)復(fù)合材料具備復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如連接結(jié)構(gòu)）或承受復(fù)雜工況（如沖擊載荷）時(shí)，層內(nèi)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(fù)合材料結(jié)構(gòu)漸進(jìn)失效。

(3) 程序詳細(xì)解讀漸進(jìn)損傷失效模型，包括三維hashin初始失效準(zhǔn)則，漸進(jìn)損傷，損傷系數(shù)如何計(jì)算，損傷矩陣（damage effect matrix）等。(4) 單元測(cè)試，包括纖維拉伸和基體拉伸；如何調(diào)試子程序；對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，包括應(yīng)力，應(yīng)變，初始損傷系數(shù)，損傷演化中的損傷系數(shù)，等效位移等等。

C3P Software市場(chǎng)總監(jiān)David Keck表示：“AI-FORM ISF為用戶提供了更靈活的設(shè)計(jì)能力、更強(qiáng)大的仿真能力和顯著的性能改進(jìn)，提高了漸進(jìn)成形數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性。 AI-FORM ISF 使用戶能夠在金屬成形和原型設(shè)計(jì)方面達(dá)到新的效率和可靠性水平，并創(chuàng)建高效的設(shè)計(jì)到分析工作流程，以加快產(chǎn)品創(chuàng)新的步伐。”

對(duì)于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的模擬，在<a href="/major/ABAQUS中，集成了二維Hashin失效準(zhǔn)則與多種損傷演化準(zhǔn)則，但缺少三維的復(fù)合材料本構(gòu)模型。參考一篇已發(fā)表的SCI文章，使用Fortran語言建立三維平紋織物復(fù)合材料彈塑性、漸進(jìn)損傷本構(gòu)模型-Vumat子程序。平紋織物復(fù)合材料在1方向和2方向絲束性能近似相同。

圖15 不同材料前縱梁仿真曲線CFRP前縱梁和鋼質(zhì)前縱梁的變形結(jié)果如圖16所示，其中鋼質(zhì)前縱梁在軸向壓潰過程中都表現(xiàn)出穩(wěn)定的折疊式變形模式，如圖16b所示。CFRP前縱梁表現(xiàn)出穩(wěn)定的漸進(jìn)損傷失效模式，內(nèi)外板的外層碳纖維鋪層向外翻轉(zhuǎn)，而內(nèi)層碳纖維鋪層向內(nèi)卷曲。由于前縱梁與剛性板接觸面積過大，導(dǎo)致其分層效果不太明顯，如圖16a所示。

ABAQUS顯式和隱式Hashin失效的損傷起始判斷準(zhǔn)則一致，但是單元?jiǎng)h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(shù)達(dá)到dmax才會(huì)認(rèn)為材料失效。2. Explicit中，當(dāng)任意纖維失效模式（纖維拉伸或壓縮）中的損傷系數(shù)達(dá)到dmax即認(rèn)為材料失效。

通常用于絕熱瞬態(tài)動(dòng)態(tài)模擬;與Abaqus/Explicit中的Johnson-Cook動(dòng)態(tài)失效模型結(jié)合使用;Abaqus/Explicit中，可以結(jié)合拉伸破壞模型來模擬拉伸剝落或壓力斷口;可與漸進(jìn)損傷和失效模型(漸進(jìn)損傷和失效)結(jié)合使用，以指定不同的損傷起始準(zhǔn)則和損傷演化規(guī)律，同時(shí)允許材料剛度的漸進(jìn)退化和網(wǎng)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(tài)方程材料模型(狀態(tài)方程)結(jié)合使用。

這是因?yàn)樵囼?yàn)過程中材料是漸進(jìn)損傷的。 下圖是Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit分析的圓盤靜態(tài)反力-位移和損傷-時(shí)間歷程數(shù) 據(jù)。圖中包括兩個(gè)變形周期。 在第一個(gè)周期中，由于Mullins效應(yīng)損傷，卸載響應(yīng)比加載響應(yīng)更軟。

例如，鉆孔轉(zhuǎn)速的提高會(huì)顯著增加溫度和應(yīng)力水平，而進(jìn)給速度的增加對(duì)應(yīng)力的影響更為突出。這些結(jié)果可為鉆孔工藝參數(shù)的優(yōu)化提供參考，以降低鉆孔過程中的熱損傷和提高加工質(zhì)量。

根據(jù)式（10），可以得到漸開線蝸輪在一定載荷作用下的齒根應(yīng)力理論計(jì)算值。第1工況的C轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的理論計(jì)算結(jié)果為22.1 MPa，相應(yīng)的仿真結(jié)果為21.3 MPa；第3 工況的C 轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的理論計(jì)算結(jié)果為30.8 MPa，相應(yīng)的仿真結(jié)果為29.7 MPa；第5 工況的C 轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的理論計(jì)算結(jié)果為42.3 MPa，相應(yīng)的仿真結(jié)果為41.6 MPa。

３. ２ 梁體損傷特征 梁體的局部位置無法抵抗外荷載帶來的變形， 從而造成梁體部分單元失去正常工作能力， 并在循 環(huán)荷載下逐漸之后該單元的受力性能逐步下降， 材 料力學(xué)性能損傷體現(xiàn)為漸進(jìn)式。

然而由于末葉片中葉片與葉根的過渡區(qū)域、葉片與葉冠之間的過渡區(qū)域、相鄰葉冠之間的接觸區(qū)域等位置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，經(jīng)過網(wǎng)格離散處理后均會(huì)存在一定的應(yīng)力集中，會(huì)在局部單元出現(xiàn)“假性”的大應(yīng)力結(jié)果，嚴(yán)重影響校核結(jié)果的真實(shí)性。</p><p>針對(duì)上述問題，筆者引入漸進(jìn)損傷的方法研究末級(jí)葉片的失效。

通常用于絕熱瞬態(tài)動(dòng)態(tài)模擬;與Abaqus/Explicit中的Johnson-Cook動(dòng)態(tài)失效模型結(jié)合使用;Abaqus/Explicit中，可以結(jié)合拉伸破壞模型來模擬拉伸剝落或壓力斷口;可與漸進(jìn)損傷和失效模型(漸進(jìn)損傷和失效)結(jié)合使用，以指定不同的損傷起始準(zhǔn)則和損傷演化規(guī)律，同時(shí)允許材料剛度的漸進(jìn)退化和網(wǎng)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(tài)方程材料模型(狀態(tài)方程)結(jié)合使用。

其核心功能包含三部分：首先基于正交各向異性彈性本構(gòu)更新應(yīng)力，通過材料屬性計(jì)算剛度矩陣并響應(yīng)應(yīng)變?cè)隽浚黄浯螌?shí)現(xiàn)彈塑性修正，采用J2流動(dòng)理論判斷屈服狀態(tài)，通過牛頓迭代求解塑性變形并更新應(yīng)力；最后建立漸進(jìn)損傷模型，分別針對(duì)纖維方向（拉伸/壓縮失效）和基體方向（通過180°平面搜索臨界斷裂面）定義損傷初始判據(jù)，結(jié)合斷裂能與特征長度控制損傷演化過程。