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對于纖維增強復(fù)合材料的模擬，在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。參考已有的3Dhashin失效準(zhǔn)則編寫復(fù)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(fù)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。

脆性斷裂是構(gòu)件或接頭在降低溫度時，厚度較大、脆性較大同時存在較大的殘余應(yīng)力（Residual Stress）時，由于缺口（Notch）的存在和載荷的增加而產(chǎn)生的。

圖8 應(yīng)變率分別為 0.001、1 和 1000s-1時玻璃纖維增強 PC 復(fù)合材料拉伸斷口的微觀形貌圖8(a)～圖8(c) 顯示，在 0.001s-1加載速率下，3 種試件拉伸斷口處 PC 基體表面均較為平整，試件整體表現(xiàn)為脆性斷裂，主要存在纖維拔出、纖維斷裂、基體脆性斷裂、纖維與基體脫粘 4 種失效模式。

宏觀斷裂力學(xué)根據(jù)材料的類型分為線彈性斷裂力學(xué)和彈塑性斷裂力學(xué)，前者針對脆性材料和小范圍屈服假設(shè)下的塑性材料，后者則關(guān)注大范圍屈服下的塑性斷裂問題。線彈性斷裂力學(xué)由英國科學(xué)家格里菲斯首創(chuàng)，他在1920年提出基于能量平衡的斷裂準(zhǔn)則并用以描述理想脆性材料（如玻璃）的斷裂過程。

沿晶斷裂是指金屬材料中的裂紋沿晶界擴展而產(chǎn)生的一種斷裂。當(dāng)沿晶斷裂斷口形貌呈粒狀時又稱晶間顆粒斷裂。多數(shù)情況下沿晶斷裂屬于脆性斷裂，但也可能出現(xiàn)韌性斷裂，如高溫蠕變斷裂。當(dāng)金屬或合金沿晶界析出連續(xù)或不連續(xù)的網(wǎng)狀脆性相時，在外力的作用下，這些網(wǎng)狀脆性相將直接承受載荷，很易于破碎形成裂紋并使裂紋沿晶界擴展，造成試樣沿晶界斷裂，它是完全脆性的正斷。

01 應(yīng)用背景 斷裂力學(xué)是研究含裂紋物體的強度和裂紋擴展規(guī)律的科學(xué)，固體力學(xué)的一個分支，又稱裂紋力學(xué)，起源于20世紀(jì)20年代A.A.格里菲斯對玻璃低應(yīng)力脆斷的研究。其后，國際上發(fā)生了一系列重大的低應(yīng)力脆斷災(zāi)難性事故，促進(jìn)了這方面的研究，并于50年代開始形成斷裂力學(xué)。

1.3 ABAQUS/Explicit中的JH-2磨損模型Johnson-Holmquist (JH-2）模型是一種彈塑性損傷材料模型，常用于描述大應(yīng)變率和高壓下的玻璃和陶瓷等脆性材料，該模型能夠捕捉脆性材料的去除機制[11]，氮化鋁材料的JH-2模型相關(guān)常數(shù)，見表1。

1、根據(jù)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(gòu)2、適用于三維模型3、

玻璃水（粉紅）與制件斷面（藍(lán)色）、制件正常截面（綠色）的紅外光譜對比圖開裂原因分析總結(jié)建議根據(jù)光學(xué)顯微鏡、SEM、紅外光譜法對塑料制件的斷裂面及玻璃水分析對比可知：1）由學(xué)顯微鏡、SEM 的形貌圖可知，塑料制件斷面形貌平整，為典型的脆性斷裂形貌特征，且斷面有較大的溶劑侵蝕形貌特征；2）由塑料制件斷面的顯微紅外光譜

韌性與脆性判斷 通過沖擊后的試樣狀態(tài)（如是否斷裂、斷裂面形態(tài)）判斷材料的韌性或脆性： 韌性材料：沖擊后可能發(fā)生較大變形而不斷裂，或斷裂面呈現(xiàn)纖維狀（如低碳鋼）。 脆性材料：沖擊后迅速斷裂，斷裂面平整且無明顯塑性變形（如鑄鐵、某些陶瓷）。 可結(jié)合斷口分析（如通過顯微鏡觀察斷裂面），深入研究材料的斷裂機制（如解理斷裂、韌性斷裂）。 3.

然而，塑料制品在使用過程中常常面臨沖擊、跌落、疲勞等動態(tài)載荷作用，若材料韌性不足，則可能導(dǎo)致脆性斷裂、裂紋擴展甚至產(chǎn)品失效。因此，塑料的韌性（Toughness）成為衡量其可靠性和使用壽命的關(guān)鍵指標(biāo)之一。韌性是指材料在斷裂前吸收能量的能力，它綜合反映了材料的強度和延展性。

此時，拉伸應(yīng)力集中，來不及分散，當(dāng)某處超過極限應(yīng)力，即產(chǎn)生脆性斷裂，在破壞截面上，同時發(fā)生拉斷，在截面上出現(xiàn)較大的光滑區(qū)域，這種破壞稱之脆性破壞。 2、溫度和網(wǎng)構(gòu)對橡膠拉斷破壞現(xiàn)象的影響 溫度對橡膠拉伸斷裂現(xiàn)象也有很大影響。在玻璃化溫度Tg以上，高彈性溫度范圍，較慢的拉伸速度下，拉斷截面表現(xiàn)有大面積的粗糙區(qū)域。

此外，諸如玻璃、陶瓷、水泥或高強度鋼等脆性或者準(zhǔn)脆性材料，其破壞模態(tài)表現(xiàn)為裂紋。裂紋與損傷相比有不同的機理。在裂紋尖端存在有Stress singularity（應(yīng)力的奇異性），理論上裂紋尖端的應(yīng)力是無窮大的，但實際上并不存在無窮大的應(yīng)力區(qū)，至少也是一個很高的應(yīng)力區(qū)域，裂紋的力學(xué)理論是斷裂力學(xué)。

斷裂現(xiàn)象可以通過計算相場的演化來模擬，包括裂紋擴展、裂紋分支和裂紋相互作用等。斷裂相場模型的優(yōu)點在于能夠捕捉到裂紋擴展的非線性和多尺度特性，并且不需要預(yù)先指定裂紋的路徑和形狀。它可以應(yīng)用于不同類型的材料，包括金屬、陶瓷、玻璃等，并且可以預(yù)測材料的強度、韌性和斷裂模式等。在Abaqus中，UEL斷裂相場程序是一種基于相場理論的有限元模型，可以模擬固體材料中的裂紋擴展和斷裂行為。

圖1中的Y點稱之為屈服點，對應(yīng)的強度為拉伸屈服強度，試片在出現(xiàn)屈服之前發(fā)生的斷裂稱為脆性斷裂，這種情況下，試片斷裂前只發(fā)生很小的變形（圖中的OA段），試樣并沒有明顯的變化，斷裂面一般與拉伸方向相垂直，斷裂面也很光滑。

4.3 脆性斷裂 脆性斷裂經(jīng)常發(fā)生在低屈服強度和非彈性材料中（如硅芯片）。到材料受到過應(yīng)力作用時，突然的、災(zāi)難性的裂縫擴展會起源于如空洞、夾雜物或不連續(xù)等微小缺陷。 4.4 韌性斷裂 塑封材料容易發(fā)生脆性和韌性兩種斷裂模式，主要取決于環(huán)境和材料因素，包括溫度、聚合樹脂的黏塑特性和填充載荷。