Abaqus中复合材料的累积损伤与失效

纤维增强材料的累积损伤与失效：Abaqus拥有纤维增强材料的各向异性损伤的建模功能（纤维增强材料的损伤与失效概论，19.3.1节）。假设未损伤材料为线弹性材料。因为该材料在损伤的初始阶段没有大量的塑性变形，所以用来预测纤维增强材料的损伤行为。Hashin标准最开始用来预测损伤的产生，而损伤演化规律基于损伤过程和线性材料软化过程中的能量耗散理论。

另外，Abaqus也提供混凝土损伤模型，动态失效模型和在粘着单元以及连接单元中进行损伤与失效建模的专业功能。

本章节给出了累积损伤与失效的概论和损伤产生与演变规律的概念简介，并且仅限于塑性金属材料和纤维增强材料的损伤模型。

损伤与失效模型的通用框架

Abaqus提供材料失效模型的通用建模框架，其中允许同一种的材料应用多种失效机制。材料失效就是由材料刚度的逐渐减弱而引起的材料承担载荷的能力完全丧失。刚度逐渐减弱的过程采用损伤力学建模。

为了更好的了解Abaqus中失效建模的功能，考虑简单拉伸测试中的典型金属样品的变形。如图19.1.1-1中所示，应力应变图显示出明确的划分阶段。材料变形的初始阶段是线弹性变形（a-b段），之后随着应变的加强，材料进入塑性屈服阶段（b-c段）。超过c点后，材料的承载能力显著下降直到断裂（c-d段）。最后阶段的变形仅发生在样品变窄的区域。C点表明材料损伤的开始，也被称为损伤开始的标准。超过这一点之后，应力-应变曲线（c-d）由局部变形区域刚度减弱进展决定。根据损伤力学可知，曲线c-d可以看成曲线c-d‘的衰减，曲线c-d‘是在没有损伤的情况下，材料应该遵循的应力-应变规律曲线。

图19.1.1-1 金属样品典型的轴向应力-应变曲线

因此，在Abaqus中失效机制的详细说明里包括四个明显的部分：

●材料无损伤阶段的定义（如图19.1.1-1中曲线a-b-c-d‘）

●损伤开始的标准（如图19.1.1-1中c点）

●损伤发展演变的规律（如图19.1.1-1中曲线c-d）

●单元的选择性删除，因为一旦材料的刚度完全减退就会有单元从计算中移除（如图19.1.1-1

中的d点）。

关于这几部分的内容，我们会对金属塑性材料（金属塑性材料的损伤与失效概论，19.2.1节）和纤维增强材料（纤维增强符合材料的损伤与失效概论，19.3.1节）进行分开讨论。

网格依赖性

在连续介质力学中，通常是根据应力-应变关系建立材料本构模型。当材料表现出导致应变局部化的应变软化行为时，有限元分析的结果带有强烈的网格依赖性，能量的耗散程度取决于网格的精简程度。在Abaqus中所有可使用损伤演化模型都使用减轻网格依赖性的公式。这是通过在公式中引入特征长度来实现的，特征长度作为一个应力-位移关系可以表达本构关系中软化部分，它与单元尺寸有关系。在此情况下，损伤过程中耗散的能量不是由每个单位体积衡量，

而是由每个单位面积衡量。这个能量值作为另外一个材料参数，用来计算材料发生完全损伤时的位移。这是与材料断裂力学中临界能量释放率的概念一致的。此公式确保了合适能量的耗散以及最大程度减轻网格的依赖。

19.3 纤维增强复合材料的损伤与失效

●纤维增强复合材料的损伤与失效：概论19.3.1节

●纤维增强复合材料的损伤初始准则19.3.2节

●纤维增强复合材料的损伤演化规律与单元移除19.3.3节

19.3.1纤维增强复合材料的损伤与失效：概论

产品：Abaqus/Standard Abaqus/Explicit Abaqus/CAE

参考：

●“Progressive damage and failure” Section 19.1.1

●“Damag e initiation for fiber-reinforced composites” Section 19.3.2

●“Damage evolution and element removal fo r fiber-reinforced composites” Section 19.3.3

●*DAMAGE INITIATION

●*DAMAGE EVOLUTION

●*DAMAGE STABILIZATION

●“Hashin damage” in “De?ning damage,” Section 12.8.3 of the Abaqus/CAE User’s Manual,

in the online HTML version of this manual

概论

Abaqus具有为纤维增强复合材料的渐进损伤和破坏建模的能力。它能预测各向异性弹-脆性材料的损伤产生与演化规律。

材料模型要求以下定义：

●未损伤时的材料属性必须是线弹性的

●损伤初始产生准则

●损伤演化规律

●单元选择性移除

单向板的损伤基本概念

损伤的特点是材料刚度的逐渐减小。这在纤维增强复合材料的分析中有很重要的作用。很多这样的材料表现出弹-脆性行为，也就是材料在小变形的情况下就开始发生损伤。所以在建立此种材料的模型时，材料塑性被忽略。

假设纤维增强复合材料中的纤维是平行的，如图19.3.1-1所示。我们必须在用户定义的局部坐标系中定义材料属性。单向层位于1-2平面内，1方向表示纤维方向。我们要用定义正交线弹性材料的方法来定义材料未损伤时的行为。最简单的方法是定义平面应力的正交材料。然而，材料行为也可以采用定义工程常数或直接定义弹性刚度矩阵的方法来定义。

图19.3.1-1 单向层

Abaqus支持的各向异性损伤模型基于Matzenmiller et. al(1995),Hashin and Rotem(1973),Hashin(1980),and Camanho and Davila(2002)的工作。

四种不同的失效模型：

●拉伸载荷作用下的纤维断裂

● 压缩载荷下的纤维屈曲和扭结 ● 横向拉伸和剪切载荷下的基体断裂 ● 横向压缩和剪切载荷下的基体破碎

在Abaqus 中，损伤萌生是由Hashin （1980）和Rotem （1973）提出的损伤初始准则来决定的，准则中的失效面是由有效应力空间来表示的（可以有效承受力载荷的面上的应力）。这些准则的细节将在19.3.2节“纤维增强复合材料的损伤产生”中讨论。

材料的应力根据下式计算εσd C =，式中ε表示应变，d C 表示弹性矩阵并反映任何损伤，有以下形式：

式中)1)(1(1m f d d D ---=2112νν，f d 反映当前纤维损伤状态，m d 反映当前基体损伤状态，

s d 反映当前剪切损伤状态，1E 为纤维方向的杨氏模量，2E 为垂直于纤维方向上的杨氏模量，

G 为剪切模量，2112,νν为泊松比。

决定损伤弹性矩阵的演化将在19.3.3节“纤维增强复合材料的损伤演化与单元移除”中详细介绍，19.3.3节还将介绍：

● 处理严重损伤的选择（"最大变形与单元的选择性移除"在19.3.3节“纤维增强复合材料的

损伤演化与单元移除”）

● 粘滞阻力（在19.3.3节“纤维增强复合材料的损伤演化与单元移除"中的“粘滞阻力”） 单元

纤维增强复合材料的损伤模型必须采用平面应力单元，包括平面应力单元、壳单元、连续壳单

元和薄膜单元。

其他参考

●Hashin, Z., and A. Rotem, “A Fatigue Criterion for Fiber-Reinforced Materials,” Journal of

Composite Materials, vol. 7, pp. 448–464, 1973.

●Hashin, Z., “Failure Criteria for Unidirectional Fiber Composites,” Journal of Applied

Mechanics,vol. 47, pp. 329–334, 1980.

●Matzenmiller, A., J. Lubliner, and R. L. Taylor, “A Constitutive Model for Anisotropic Damage i n

Fiber-Composites,” Mechanics of Materials, vol. 20, pp. 125–152, 1995.

●Camanho, P. P., and C. G. Davila, “Mixed-Mode Decohesion Finite Elements for the Simulation

of Delamination in Composite Materials,” NASA/TM-2002–211737, pp. 1–37, 2002.

19.3.2 纤维增强复合材料的损伤萌生

产品：Abaqus/Standard Abaqus/Explicit Abaqus/CAE

参考：

●“Progressive damage and failure,” Section 19.1.1

●“Damage evolution and element removal for?ber-reinforced composites,” Section 19.3.3

●*DAMAGE INITIATION

●“Hashin damage” in “De?ning damage,” Section 12.8.3 of the Abaqus/CAE User’s Manual,

in the online HTML version of this manual

概论

纤维增强材料的损伤建模功能：

●要求材料未损伤时为线弹性（参考“线弹性行为”第17.2.1节）

●基于Hashin的理论（Hashin和Rotem，1973，和Hashin,1980）

●考虑四种不同的失效模型：纤维拉伸、纤维压缩、基体断裂和基体破碎

●可以与19.3.3节“纤维增强复合材料的损伤演化与单元移除”中提到的损伤演化模型一起

使用。

损伤萌生

损伤萌生是在材料硬点退化开始。在Abaqus中纤维增强复合材料的损伤萌生准则基于Hashin的理论。这些准则考虑了四种不同的损伤萌生机制：纤维拉伸，纤维压缩，基体断裂和基体破碎。

损伤萌生准则有下面的一般形式：

在上面的方程中

X T表示纵向拉伸强度;

X C表示纵向抗压强度;

Y T表示横向拉伸强度;

Y C表示横向抗压强度;

S L表示纵向剪切强度;

S T表示横向剪切强度;

α 是一个系数用于决定剪应力对纤维拉伸损伤准则的影响；

是有效应力张量?σ的分量，是用来评估萌生标准并按下式计算：

上式中σ是名义应力，M是损伤矩阵：

d f，d m和d s是内部损伤变量分别代表纤维，基体和剪切损伤，这是由损伤变量d f t，d f c，d m t，d m c 推导出的，用于对应先前所讨论的四个模式，如下：

在任何损伤萌生和演化之前，损伤控制矩阵M为单位矩阵，因此。一旦至少有一个模型已经发生损伤萌生和演化，损伤控制矩阵在损伤萌生准则中就具有重要意义（见“纤维增强复合材料的损伤演化和元素去除，”第19.3.3损伤演化的讨论）。有效应力用于表示有效承载力载荷的损伤面上的应力。

上面介绍的损伤萌生准则，可以通过设置α=0.0和S T=Y C/2获得Hashin和ROTEM（1973）提出的模型，设置α=1.0获得Hashin（1980）提出的模型。

与每个损伤萌生准则有关的输出变量（纤维拉伸，纤维压缩，基体拉伸，基体压缩）用来表示是否已经达到标准。值为1.0或更高则说明萌生准则已满足。如果只定义损伤萌生模型而没有定义相关的演化规律，萌生准则将只影响输出。因此，可以在不建立损伤演化模型的情况下使用损伤萌生准则来评估材料的特性。

输入文件使用方法：使用下列选项来定义Hashin损伤萌生标准：

*DAMAGEINITIATION,CRITERION=HASHIN,ALPHA=

X T，X C，Y T，Y C，S L, S T

Abaqus / CAE用法：Property module: material editor: Mechanical→Damage for Fiber-Reinforced Composites→Hashin Damage

单元：

损伤萌生准则必须与平面应力单元一起使用，其中包括平面应力单元，壳单元，连续壳单元，薄膜单元。

输出：

在Abaqus中除了标准输出标识符（“Abaqus //标准输出变量标识符，“第4.2.1节），纤维增强复合材料损伤模型中材料某点萌生损伤时涉及的输出变量还包括：

DMICRT 所有损伤引发的标准组件。

HSNFTCRT 在分析过程中纤维拉伸萌生准则所经历的最大值。

HSNFCCRT 在分析过程中纤维压缩萌生准则所经历的最大值。

HSNMTCRT 在分析过程基体断裂萌生准则所经历的最大值。

HSNMCCRT 在分析过程基体破碎萌生准则所经历的最大值。

对于上述变量表明在损伤模型中损伤萌生准则是否已满足，如果这个值小于1.0，则表明损伤萌生准则还没有得到满足，若这个值大于等于1.0表示该准则已满足。如果定义了一个损

伤演化模型，则这个变量的最大值不会超过1.0。如果你没有定义损伤演化模型，这个变量可以大于1.0，这个值表明已超出准则的数量。

其他参考

Hashin, Z., and A. Rotem, “A Fatigue Criterion for Fiber-Reinforced Materials,” Journal of Composite Materials, vol. 7, pp. 448–464, 1973.

Hashin, Z., “Failure Criteria for Unidirectional Fiber Composites,” Journal of Applied Mechanics,vol. 47, pp. 329–334, 1980

19.3.3 纤维增强复合材料的损伤演化与单元去除

产品：Abaqus/Standard Abaqus/ Explicit Abaqus/ CAE

参考文献

? “Progressive damage and failure,” Section 19.1.1

? “Damage initiation for fiber-rein forced composites,” Section 19.3.2

? *DAMAGE EVOLUTION

? “Damage evolution” in “Defining damage,” Section 12.8.3 of the Abaqus/CAE User’s Manual, in the online HTML version of this manual

概论

Abaqus中的纤维增强复合材料的损伤演化能力：

?假定损伤的特点是材料的刚度逐步退化，导致材料失效;

?要求未损伤材料为线弹性行为;

?考虑到四个不同的失效模式：纤维拉伸失效，纤维压缩失效，基体断裂失效，基体破碎;

?使用四个损伤变量来描述每个失效模式的损伤;

?必须结合Hashin 的损伤萌生准则一起使用;

?基于损伤过程中的能量消耗;

?提供几种失效时行为的选择，包括从网格中去除单元；;

?可以结合本构方程的粘滞阻力一起使用来提高软化机制的收敛速度。

损伤演化

上一节讨论了纤维增强复合材料在平面应力作用下的损伤萌生。本节将讨论材料在定义损伤演化模型情况下的损伤萌生前的行为。损伤萌生前，材料是线性弹性，有一个平面应力各向异性材料的刚度矩阵。此后，材料行为依据下式计算：

εσd c =

这里ε是应变和C d 是损伤弹性矩阵，其形式是：

其中，反映了纤维损伤的现状，反映当前基体的损伤状态，反映剪切损伤的现状，是在纤维方向的弹性模量，是垂直方向的弹性模量，

是剪切模量，和

是泊松比。

损伤变量d f，d m和d s是由损伤变量d f t，d f c，d m t，d m c推导出的，对应先前所讨论的四个失效模式，如下：

和是有效应力张量的分量。有效应力张量? 主要用来评估损伤萌生准则（见“纤维增强复合材料的损伤开始”第19.3.2节关于有效应力张量计算的说明）。

每种模型中损伤变量的演化

为减轻材料软化的过程中的网格依赖性，Abaqus在计算中引入特征长度，使本构关系表示为应力-位移关系。损伤变量发生变化得到图19.3.3-1所示的应力-位移曲线，损伤开始之前正斜率的应力--位移曲线对应线性弹性材料的状态;损伤萌生后的负斜率，是根据相应损伤变量的变化得到的，损伤变量根据下面所示的方程计算。

四种失效模式下的等效位移和应力，定义如下：纤维拉伸：

纤维压缩：

基体断裂：

基体破碎：

对于平面应力单元，特征长度L c 作为一个集成点面积的平方根计算。上述方程中的符号〈〉代表麦考括号运算符，定义为：

当R ∈α时，2/)(ααα+=??

损伤萌生（即0eq eq δδ≥）后的行为，如图19.3.3-1所示，一个特定的模型的损伤变量由下式给出

其中0eq δ是达到萌生准则时的初始等效位移，f eq δ是材料完全损伤时的位移。其关系显示在图19.3.3-2。

图19.3.3-2 损伤变量与等效位移函数关系图

各种模型的0eq δ值取决于材料的弹性刚度和强度参数，二者是损伤萌生定义的一部分（见

“纤维增强复合材料的损伤开始，”第19.3.2节）。对于每个失效模式，必须定义导致失效的能

量耗散G c ，其对应于图19.3.3-3中三角形OAC 的面积。各种模式下的f eq δ值取决于各自的G c 值。

当材料从部分损坏状态下卸载，如在图19.3.3-3 B 点，沿直线路径走回等效应力与等效位移的

原点，在重新加载情况下，以相同的路径回到B 点，如下图所示。

图19.3.3-3 线性损伤演化

输入文件的使用：使用下面的选项定义损伤演化规律：

*DAMAGE EVOLUTION,TYPE=ENERGY,SOFTENING=LINEAR

mc c mt c fc c ft c G G G G ,,,

其中mc c mt c fc c ft c G G G G ,,,分别代表纤维拉伸、纤维压缩、基体断裂和基体破碎四种损伤中的能量耗散。

Abaqus/CAE 的使用 ：Property module: material editor: Mechanical→Damage for Fiber -Reinforced Composites→Hashin Damage:Suboptions→Damage Evolution: Type: Energy: Softening: Linear 最大衰减和单元的选择性移除

我们已经掌握了在严重损伤时Abaqus 处理单元的行为。默认情况下，材料某一点的损伤变量的上限为0.1max =d 。我们可以按照21.1.4节“部件控制”中的“单元移除和材料损伤演化过程中的最大衰减的控制”中所讨论的，来减小上限值。

在Abaqus/Standard 中，默认情况下，一旦所有失效模型的所有材料硬点达到0.1max =d ，

单元就会被移除（参考21.1.4节“部件控制”中的“单元移除和材料损伤演化过程中的最大衰减的控制”）。在Abaqus/Explicit 中，当纤维失效模型（拉伸或者压缩）相关的损伤变量达到0.1max =d 时，假定材料硬点失效，并且当一个单元的所有集成位置的剖分硬点都满足此条件时，单元将从网格中移除。例如，在任何一个集成位置处，通过厚度剖分硬点的壳单元在从网格中移除之前，必须是失效状态。一个单元移除之后，单元的输出变量STATUS 就置为0，他不再支持随后产生的变形。然而，在Abaqus 中单元依然存在，在Abaqus/CAE 的视图模式是可见的。可以通过创建一个包括所有STATUS=1.0的单元的显示组来关闭已经移除的单元的显示（参考Abaqus/CAE 用户手册中的第57.2.2节“创建和编辑显示组的选择方法”）。

你也可选择性的设置，即使所有的损伤变量都达到0.1max =d ，单元依然保留在模型中。在此情况下，一旦所有损伤变量达到最大值，刚度d C 变成一个常数（参照此节之前d C 的表述）。 在Abaqus/Standard 中单元移除的相关困难

单元从模型中移除之后，其节点即使没有与任何激活的单元连接，仍然存在于模型之中。当求解进行时，这些节点可能会产生非物理位移而导致外推算法，Abaqus/Standard 用此来加快求解速度（参考“非线性问题的收敛准则”7.2.3节）。这些非物理性位移可以通过关闭外推法来防止。另外，如果将点载荷施加在不与激活单元连接的节点上，将会因为没有刚度承载此载荷造成收敛困难的问题。

粘性阻力

在隐式分析中，比如Abaqus/Standard ，材料表现的软化行为和刚度衰减经常导致严重的收敛困难，。可以使用粘滞阻尼参数来克服一些收敛困难的问题，粘滞阻尼将软化材料的切向刚度矩阵对于足够小的时间增量是正的。

在此粘性方法中，通过演化方程定义了粘性损伤变量：

)(1

.ννηd d d -=

式中η是表示粘性系统弛豫时间的粘性系数，d 是在非粘性骨干模型中变化的损伤变量。粘性材料的损伤行为按下式给出：εσd C =

式中损伤塑性矩阵d C 是根据每种失效模型的损伤变量的粘性值来计算。粘性系数很小的粘性阻尼可以提高处于软化过程中模型的收敛速度。基本的思想是粘性系统的求解与非粘性系统比较显得缓和，因为∞→η/t ，式中t 表示时间。

在Abaqus/Explicit 中，粘滞阻尼也是可用的。粘滞阻尼降低了损伤增长率，导致断裂能量增加和形变率增加，可以作为一种建立依赖变化率的材料行为模型的有效方法。

在Abaqus/Standard 中，整个模型或者一个单元上与粘滞阻尼相关的能量集使用输出变量ALLCD 是可见的。

粘滞阻尼系数的定义

对于不同的失效模型可以定义不同的粘性系数。

输入文件的使用：使用下面的选项定义粘性系数:

*DAMAGE STABILIZATION

mc mt fc ft ηηηη,,,

上式中mc mt fc ft ηηηη,,,分别代表纤维拉伸、纤维压缩、基体断裂和基体破碎失效模型中的粘性系数。

Abaqus/CAE 的使用：Property module: material editor: Me chanical→Damage for Fiber -Reinforced Composites→Hashin Damage: Suboptions →Damage Stabilization

在Abaqus/Standard 中独立阻尼系数的应用

在Abaqus/Standard 中可以选择性的设置断面控制卡中的粘性系数。在此情况下所有的失

效模型应用同一个粘性系数。需要了解更多内容，请参考“在Abaqus/Standard中粘性单元，连接单元和平面应力计算单元相关粘性阻尼的应用”在“断面控制”的第21.1.4节。

材料阻尼

如果纤维增强复合材料的刚度比例阻尼与损伤演化规律一起定义，Abaqus将使用损伤弹性刚度来计算阻尼应力。

单元

纤维增强复合材料的损伤演化规律必须应用于平面应力计算单元，包括平面应力单元、壳单元、连续壳单元和薄膜单元。

输出

在Abaqus中除了标准输出标识符（“Abaqus //标准输出变量标识符，“第4.2.1节），纤维增强复合材料损伤模型中损伤演化过程中的输出变量还包括：

STATUS 单元的状态（值为1.0表示单元处于激活状态，0.0表示没有处于激活

状态）。只有在所有的失效模型中都发生损伤时此变量的值才为0.0。DAMAGEFT纤维拉伸损伤变量

DAMAGEFC纤维压缩损伤变量

DAMAGEMT基体断裂损伤变量

DAMAGEMC基体破碎损伤变量

DAMAGESHR剪切损伤变量

EDMDDEN 损伤单元中单位体积上的耗散能量

ELDMD 损伤单元中耗散总能量

DMENER 损伤中单位体积耗散的能量

第七章 强度失效分析与设计准则

第七章强度失效分析与设计准则————材料力学教案

第七章强度失效分析与设计准则什么是"失效"，"材料失效"与"构件失效"或"结构失效"有何区别和联系；怎样从众多的失效现象中寻找失效规律；假设失效的共同原因，从而建立失效判据，以及相应的设计准则，以保证所设计的工程构件或工程结构不发生失效，并且具有一定的安全裕度。这即为本章将要涉及的主要问题。 失效的类型很多，本章主要讨论受静荷载作用处于单向应力状态与一般应力状态 下的材料强度失效。 失效与材料的力学行为密切相关，因此研究失效必须通过实验研究材料的力学行为。 实验是重要的，但到目前为止，人类所进行的材料力学行为与失效实验是很有限的。怎样利用有限的实验结果建立多种情形下的失效判据与设计准则，这是本章的重点。 §7-1轴向荷载作用下材料的力学行为 材料失效 1. 应力——应变曲线 为研究材料在常温静载作用下的力学行为需将试验材料按照国家标准作成标准试样。然后，在试验机上进行拉伸试验，试验过程中同时自动记录试样所受的荷载及相应的变形，进而得到自开始加载至试样破断全过程的应力-应变曲线。 应力-应变曲线的形状表征着材料的特定的力学行为，对于不同的材料，应力一应变曲线各不相同，甚至有很大差异。图7一1a、b分别为脆性和韧性金属材料的应力-应变曲线；图7-1c则为塑料的应力-应变曲线。 根据应力一应变曲线，可以得到表征材料力学行为的若干特征性能。 2. 弹性模量 应力一应变曲线上的直线段称为线弹性区。这一区域 内的应力与应变之比称为材料的弹性模量(杨氏模量)，它 是应力一应变曲线上直线段的斜率，用E表示。 在应力一应变曲线的非直线段，还可以定义两种模量： 切线模量，即曲线在任意应变处的斜率，用E t表示。 割线模量，,即自原点至曲线上对应于任意应变点连线 的斜率，用E s表示，如图7一2所示。 切线模量与割线模量统称为工程模量，如图7-2所示。

Abaqus针对复合材料优势

四Abaqus在复合材料领域的优势 4.1 复合材料介绍 4.1.1 复合材料的应用 复合材料有许多特性： 1、制造工艺简单 2、比强度高，比刚度大 3、具有灵活的可设计性 4、耐腐蚀，对疲劳不敏感 5、热稳定性能、高温性能好 由于复合材料的上述优点，在航空航天、汽车、船舶等领域，都有广泛的应用。复合材料的大量应用对分析技术提出新的挑战。

4.1.2 复合材料的结构 复合材料是一种至少由两种材料混合而成的宏观材料，其中的一种材料被称作基体，其它的材料称作纤维。其中纤维可以包含很多不同的 形式：离散的宏观粒子，任意方向的短纤维，规则排列的纤维和织物。 4.1.3 典型的复合材料 1)单向纤维层合板----冲击分析

2)编织复合材料---- 挤压分析 3)蜂窝夹心复合材料----不可见冲击损伤分析

基体和纤维的存在形式以及材料属性对于复合材料的力学行为有 着很大的影响。改变纤维和基体的属性目的就是在于生成一种复合材料具有如下性质： 1）低成本：原型，大规模生产，零件合并，维修，技术成熟。 2）期望的重量：轻重量，比重分配合理。 3）改进的强度和刚度：高强度/高刚度比。 4）改进的表面属性：良好的耐腐蚀性，表面抛光性好。 5）期望的热属性：较低的热传导性，热膨胀系数较低。 6）独特的电属性：具有较高的绝缘强度，无磁性。 7）空间适应性：大部件，特殊的几何构型。 4.1.4 复合材料的有限元模拟 根据不同的分析目的，可以采用不同的复合材料模拟技术： 1）微观模拟：将纤维和基体都分别模拟为可变形连续体。 2）宏观模拟：将复合材料模拟为一个正交各向异性体或是完全各向

abaqus复合材料

复合材料不只是几种材料的混合物。它具有普通材料所没有的一些特性。它在潮湿和高温环境，冲击，电化学腐蚀，雷电和电磁屏蔽环境中具有与普通材料不同的特性。 复合材料的结构形式包括层压板，三明治结构，微模型，编织预成型件等。 复合材料的结构和材料具有同一性，并且可以在结构形成时同时确定材料分布。它的性能与制造过程密切相关，但是制造过程很复杂。由于复合结构不同层的材料特性不同，复合结构在复杂载荷作用下的破坏模式和破坏准则是多种多样的。 在ABAQUS中，复合材料的分析方法如下 1，造型 它的结构形式决定了它的建模方法，并且可以使用基于连续体的壳单元和常规壳单元。复合材料被广泛使用，但是复合材料的建模是一个困难。铺设复杂的结构光需要一个月 2，材料

使用薄片类型（层材料）建立材料参数。材料参数可以工程参数的形式给出，或者材料强度数据可以通过子选项给出。这种材料仅使用平面应力问题。 ABAQUS可以通过两种方式定义层压板：复合截面定义和复合层压板定义 复合截面定义对每个区域使用相同的图层属性。这样，我们只需要建立壳体组合即可将截面属性分配给二维（在网格中定义的常规壳体元素）或三维（三维的大小应与壳体中给定的厚度一致）。基于网格中定义的连续体的壳单元） ABAQUS复合材料分析方法介绍 复合叠加定义是由复合布局管理器定义的，它主要用于在模型的不同区域中构造不同的层。因此，应在定义之前对区域进行划分，并且应将不同的层分配给不同的区域。可以根据常规外壳的元素和属性进行定义。 传统的壳单元定义了每个层的厚度，并将其分配给二维模型。应该给基于连续体的壳单元或实体单元提供3D模型（厚度是相对于单元长度的系数，因此厚度方向可以分为一层单元）。

abaqus复合材料薄壁圆筒建模流程

1,建立模型Part Module :类型三维，solid，旋转；按尺寸绘图，done,设置旋转角此处为360度。 2,建立参考面，将圆筒分成两半 3，Assembly Module :类型Independent 分区partition截面 4，Mesh module : 点击remove空二，选择cells消隐分区 X Select entities to remove: Cells Undo 撒种子时，需要分几层就在边缘上撒多少个种子，在每条边上尽量都撒相同数量的种子, 生成结构网格，生成的网格才比较规整。 （注意，此处的mesh,对象为assembly，而不是part） 生成网格后，Mesh: Create Mesh Part Module I- Mesh * Model：j Model-1 abject: * Awembly Part「 4,Job Module : Create Job,例如job-007-01，运行生成job-007-01.inp 文件，保存成007-01.cae 文件。 5,File: New打开新窗口

6,File: Import : Model 选择job-007-01.inp 打开 7,Mesh Module: Tools: Surface manager: create: by angle 定义surface 集合 Tools: Set manager: create: Element: by angle 定义Element 集合 用以下三个命令操作，选择恰当的面。 丄i Select the Entity Closest to the Screen, ---- Select From Exterior En tities '包i 一 J Select From Interior Entities （左键点击第二个图标不放拖出即可） 注：定义Element集合时，可以从外到内，定以一层后，在display中--- -:把定义的那层remove掉再定义下面一层。 8,Mesh: Edit :Mesh : Mesh Offset （create solid layers）: Surfaces （选择相应的面）：Total thickness定义厚度，生成cohesive单元，把其之前定义的几层surface，都生成cohesive单丿元。 9，Mesh: Element type :对cohesive 单元，Family 选择Cohesive，对其他单元，Family 选择3D Stress；对于静态运算，Element Library选择Standard,对于动态（显式）运算，Element Library 选择Explicit。 10，Property: Create Material: jiti （材料名字）：Mechanical : Elastic: Type: Isotropic =tdrt Matetial 邑 M＜）terial-jiti Description; NLrnnb?r of field v-arid4）l?:0 ' Moduli tme scale [forvi&ctwlKlicrty^ Long-term No compr-eision 3 Nc Datia Voungi'i P鈕1刖n1* 1 4D0C Create Material: xianwei （材料名字）：Mechanical : Elastic : Type : Isotropic

有限元分析方法和材料断裂准则

一、有限元模拟方法 金属切削数值模拟常用到两种方法，欧拉方法和拉格朗日方法。欧拉方法适合在一个可以控制的体积内描述流体变形，这种方法的有限元网格描述的是空间域的，覆盖了可以控制的体积。在金属切削过程中，切屑形状的形成过程不是固定的，采用欧拉方法要不断的调整网格来修改边界条件，因此用欧拉方法进行动态的切削过程模拟比较困难。欧拉方法适用于切削过程的稳态分析（即“Euler方法的模拟是在切削达到稳定状态后进行的”[2]），仿真分析之前要通过实验的方法给定切屑的几何形状和剪切角[1]。 而拉格朗日方法是描述固体的方法，有限元网格由材料单元组成，这些网格依附在材料上并且准确的描述了分析物体的几何形状，它们随着加工过程的变化而变化。这种方法在描述材料的无约束流动时是很方便的，有限元网格精确的描述了材料的变形情况。实际金属切削加工仿真中广泛采用的拉格朗日方法，它可以模拟从初始切削一直到稳态的过程，能够预测切屑的形状和工件的残余应力等参数[2]。但是用这种方法预定义分离准则和切屑分离线来实现切屑和工件的分离，当物质发生大变形时常常使网格纠缠，轻则严重影响了单元近似精度，重则使计算中止或者引起严重的局部变形[1]。 为了克服欧拉描述和拉格朗日描述各自的缺点，Noh和Hirt在研究有限差分法时提出了ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)描述，后来又被Hughes，liu和Belytschko等人引入到有限元中来。其基本思想是:计算网格不再固定，也不依附于流体质点，而是可以相对于坐标系做任意运动。由于这种描述既包含Lagrange的观点，可应用于带自由液面的流动，也包括了Euler观点，克服了纯Lagrange 方法常见的网格畸变不如意之处。自20世纪80年代中期以来，ALE描述己被广泛用来研究带自由液面的流体晃动问题、固体材料的大变形问题、流固祸合问题等等。金属的高速切削过程是一个大变形、高应变率的热力祸合过程，正适合采用ALE方法。 采用ALE方法进行高速切削仿真克服了拉格朗日方法和欧拉方法需要预先定义分离线、切屑和工件分离准则，假定切屑形状等缺点，避免了网格畸变以及网格再划分等问题，使切屑和工件保持良好的接触，使计算易于收敛[1][4]。 二、材料断裂准则 在金属切削成形有限元模拟中提出了多种切屑分离准则，这些准则可以分为两种类型：物理准则和几何准则。 优点： 几何分离准则需要预定义加工路径，在加工路径上判断刀尖与刀尖前单元节点的距离变化来判断分离与否。当两点的距离小于某个临界值时，刀尖前单元的节点被分成两个，其中一个节点沿前刀面向上移动形成切屑，另一个保留在加工表面上形成己加工表面[1][2]。。 物理分离准则是基于刀尖前单元节点的应力、应变及应变能等物理量定义分离条件，当单元中的该物理量的值超过给定材料的对应值时，单元节点就会分离[2]。（物理标准主要是基于制定的一些物理量的值是否达到临界值而进行判断的，主要有基于等效塑性应变准则、基于应变能密度准则、断裂应力准则等[5]）。 Carroll和Strenkowski使用了等效塑性应变作为物理分离准则的标准，在一些有限元软件中该标准的演化得到了应用，ABAQUS/Explicit中的剪切失效准则(shear failure)就是这样一种物理准则，它根据单元积分点处的等效塑性应变值是否到达预设值来判断材料是否失效[1]。 缺点：

(整理)基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析.

基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析 由于玻璃钢复合材料的薄壁圆筒结构具有强度高、重量轻、刚度大、耐腐蚀，电绝缘及透微波等优点，目前已广泛应用于航空航天和民用领域中。工程中广泛使用的这些薄壁圆筒，当它们受压缩、剪切、弯曲和扭转等荷载作用时，最常见的失效模式为屈曲。因此，为了保证结构的安全，需要进行屈曲分析。 对结构进行屈曲分析，涉及到较复杂的弹(塑)性理论和数学计算，要通过求解高阶偏微分方程组，才能求解失稳临界荷载，而且只有少数简单结构才能求得精确的解析解。因此，只能采用能量法、数值方法和有限元方法等近似的分析方法进行分析。近20年来，随着计算机和有限元方法的迅猛发展，形成了许多的实用分析程序，提高了对复杂结构进行屈曲分析的能力和设计水平。ABAQUS 就是其中的杰出代表。 1.屈曲有限元理论 有限元方法中，对结构的屈曲失稳问题的分析方法主要有两类：一类是通过特征值分析计算屈曲载荷，另一类是利用结合Newton—Raphson迭代的弧长法来确定加载方向，追踪失稳路径的几何非线性分析方法，能有效分析高度非线性屈曲和后屈曲问题。 1.1线性屈曲 假设结构受到的外载荷模式为。，幅值大小为，结构内力为Q，则静力平衡方程应为 进一步考察结构在载荷作用下的平衡方程，得到 由于结构达到保持稳定的临界载荷时有，代入上式得 该方程对应的特征值问题为 如果忽略几何刚度增量的影响，屈曲分析的方程又可进一步简化为 该方程即为求解线性屈曲的特征值方程。为屈曲失稳载荷因子，为结构失稳形态的特征向量。

1.2非线性屈曲 非线性屈曲分析方法多采用弧长法进行分步迭代计算，在增量非线性有限元分析中，沿着平衡路径迭代位移增量的大小(也叫弧长)和方向，确定载荷增量的自动加载方案，可用于高度非线性的屈曲失稳问题。与提取特征值的线性屈曲分析相比，弧长法不仅考虑刚度奇异的失稳点附近的平衡，而且通过追踪整个失稳过程中实际的载荷、位移关系，获得结构失稳前后的全部信息，适合于高度非线性的屈曲失稳问题。 2.ABAQUS的线性屈曲分析 ABAQUS中提供两种分析方法来确定结构的临界荷载和结构发生屈曲响应的特征形状：线性屈曲分析(特征值屈曲分析)、非线性屈曲分析。 线性屈曲分析用于预测一个理想的弹性结构的理论屈曲强度。它是预期的线性屈曲荷载的上限，可以作为非线性屈曲分析的给定荷载，在渐进加载达到此荷载前，非线性求解必然发散；它还可以作为施加初始缺陷或扰动荷载的依据。所以预先进行特征值屈曲分析有助于非线性屈曲分析，进行特征值屈曲分析是必要的。 3.算例 3.1问题概述 图3-1 实例模型 如图所示两端开口的复合材料薄壁圆筒，底端固支，顶端作用有均匀分布的轴压边载。半径R=152mm，高度300mm，厚度t=0.804mm，对称铺层[±45,0]s，

材料失效准则详解

Chapter 2 材料失效理論(Material Failure Theories) 資料來源 1. 吳嘉祥等譯，機械元件設計，第八版，高立圖書有限公司，台北縣，2006， 2. Robert L. Norton, Machine Design An Integrated Approach, 3rd Edition, Pearson Prentice Hall, Person Education Inc., Upper Saddle River, New Jersey, 2006. 1. 材料分類 [1] 延性材料 (Ductile Materials) ● 材料受力延長量(應變)可達5% (或以上) ● 材料對滑動(Slip)之阻抗＜對斷裂(Fracture)之阻抗 ● Material Failure (材料失效)因降伏(Yielding)而發生，此時應力到達Yielding Stress (降伏強度或Yielding Strength) ● 多數延展性材料：σyield 拉伸 ? σyield 壓縮 脆性材料 (Brittle Materials) ● 材料受力伸長量無法達到5%，(材料在應變到達5%前即已失效) ● 材料的斷裂阻抗＜滑動阻抗 ● Material Failure 因斷裂而發生，此時應力到達Ultimate Stress (極限強度或Ultimate Strength) ● 多數脆性材料：σu 拉伸 < σu 壓縮 2. 延展性材料的材料失效理論(Failure Theories of Ductile Materials) [1] (a)最大法向應力失效理論(Max. Normal Stress Failure Theory) =>若不符合以下三個不等式關係中任何一個，即為Failure fs ypt 1fs ypc N S N S ≤ ≤σ (1a) fs ypt 2fs ypc N S N S ≤ ≤σ (1b) fs ypt 3fs ypc N S N S ≤ ≤σ (1c) 上式中，σ1, σ2, σ3為主應力(Principle Stress)，下標t 代表tension (拉伸)、下標c 代表compression (壓縮)，其他符號： ．上式應用於延性材料

Abaqus中复合材料的累积损伤与失效

纤维增强材料的累积损伤与失效：Abaqus拥有纤维增强材料的各向异性损伤的建模功能（纤维增强材料的损伤与失效概论，19.3.1节）。假设未损伤材料为线弹性材料。因为该材料在损伤的初始阶段没有大量的塑性变形，所以用来预测纤维增强材料的损伤行为。Hashin标准最开始用来预测损伤的产生，而损伤演化规律基于损伤过程和线性材料软化过程中的能量耗散理论。 另外，Abaqus也提供混凝土损伤模型，动态失效模型和在粘着单元以及连接单元中进行损伤与失效建模的专业功能。 本章节给出了累积损伤与失效的概论和损伤产生与演变规律的概念简介，并且仅限于塑性金属材料和纤维增强材料的损伤模型。 损伤与失效模型的通用框架 Abaqus提供材料失效模型的通用建模框架，其中允许同一种的材料应用多种失效机制。材料失效就是由材料刚度的逐渐减弱而引起的材料承担载荷的能力完全丧失。刚度逐渐减弱的过程采用损伤力学建模。 为了更好的了解Abaqus中失效建模的功能，考虑简单拉伸测试中的典型金属样品的变形。如图19.1.1-1中所示，应力应变图显示出明确的划分阶段。材料变形的初始阶段是线弹性变形（a-b段），之后随着应变的加强，材料进入塑性屈服阶段（b-c段）。超过c点后，材料的承载能力显著下降直到断裂（c-d段）。最后阶段的变形仅发生在样品变窄的区域。C点表明材料损伤的开始，也被称为损伤开始的标准。超过这一点之后，应力-应变曲线（c-d）由局部变形区域刚度减弱进展决定。根据损伤力学可知，曲线c-d可以看成曲线c-d‘的衰减，曲线c-d‘是在没有损伤的情况下，材料应该遵循的应力-应变规律曲线。

图19.1.1-1 金属样品典型的轴向应力-应变曲线 因此，在Abaqus中失效机制的详细说明里包括四个明显的部分： ●材料无损伤阶段的定义（如图19.1.1-1中曲线a-b-c-d‘） ●损伤开始的标准（如图19.1.1-1中c点） ●损伤发展演变的规律（如图19.1.1-1中曲线c-d） ●单元的选择性删除，因为一旦材料的刚度完全减退就会有单元从计算中移除（如图19.1.1-1 中的d点）。 关于这几部分的内容，我们会对金属塑性材料（金属塑性材料的损伤与失效概论，19.2.1节）和纤维增强材料（纤维增强符合材料的损伤与失效概论，19.3.1节）进行分开讨论。 网格依赖性 在连续介质力学中，通常是根据应力-应变关系建立材料本构模型。当材料表现出导致应变局部化的应变软化行为时，有限元分析的结果带有强烈的网格依赖性，能量的耗散程度取决于网格的精简程度。在Abaqus中所有可使用损伤演化模型都使用减轻网格依赖性的公式。这是通过在公式中引入特征长度来实现的，特征长度作为一个应力-位移关系可以表达本构关系中软化部分，它与单元尺寸有关系。在此情况下，损伤过程中耗散的能量不是由每个单位体积衡量，而是由每个单位面积衡量。这个能量值作为另外一个材料参数，用来计算材料发生完全损伤时的位移。这是与材料断裂力学中临界能量释放率的概念一致的。此公式确保了合适能量的耗散以及最大程度减轻网格的依赖。

材料失效准则的定义

有些材料类型中有关于失效准则的定义，但是也有些材料类型没有失效准则的材料类型，这时需要额外的失效准则定义，与材料参数一块定义材料特性。需要用到*mat_add_erosion关键字，对于这个关键字有几个需要注意的地方。 1、材料的通用性破坏准则：` 材料通常为拉破坏或者剪切破坏，静水压是以压为正，拉为负，所以静水压破坏就是给出最小的承受压力，当然需要小于0（即拉力），如果静水压小于该值，则材料破坏。相反，应力则是以压为负，拉为正，故最大主应力或最大等效应力或最大剪应力破坏等等都是给出最大的应力极限，当然大于0，如果拉应力大于该值，则材料破坏，无论是*MAT_ADD_EROSION，还是材料内部自带的破坏准则还是其他软件，都遵循以上准则。注意：屈服不是失效。 2、单元失效模拟的功能与目的 单元删除功能是为了克服有限元本身的缺陷而提出的一项方法，由于有限元本身是基于连续介质力学的，而在连续介质力学中，所研究的物体需要是连续的，既物质域在空间中连续。在这样的理论假设框架下，单元本身是不会消失的。然而在实际情况下，由于损伤断裂的存在，势必会使得一些单元消失或者完全的失效，所以为了能够模拟这种情况，DYNA 提供了单元失效功能。 破坏、失效、断裂，都是工程性的概念，它表示在达到某一准则后，结构、构件、或者构件中的某一部分，从结构中退出工作，不再影响整体结构的受力。而从有限元概念上说，对上述机制的模拟，基本手段都是一样的，就是当满足某一指标（比如某个应变大小）后，将一个单元或者一个积分点的质量、刚度和应力、应变都设为零（或者非常接近与零），这样它在整体结构计算中就不再发挥作用，进而实现了退出工作机制的模拟。所以，无论是把纤维模型中的某个纤维、或者分层壳模型中的某一层、或者实体模型中的某个积分点，或者结构中的某个单元，让其不再参与整体结构计算，都可以达到模拟破坏退出工作的目的。而所谓单元生死技术，是上述基本概念在有限元程序中的一个“打包”应用。它除了让单元不再参与计算外，一般还有一个重要的附加功能，就是对仅和“被杀死”单元相连的“孤岛”节点，让其自由度不再参与整体结构计算，以减少计算困难。而后来有限元程序的前后处理又不断改进，可以做到在后处理里面“看不到”已杀死的单元，这样就显得更加真实。但正因为这些包装，使得很多人反而忘记了所谓单元生死技术的基本概念。 所以，不要被单元生死吓到，即便是有限元程序不提供“单元生死”功能，通过适当的设计单元质量、刚度和应力应变矩阵，也可以实现单元生死同样的效果。至于构件的部分或局部破坏（诸如钢筋的断裂），更是有多种实现方法，使用者可以灵活掌握。 3、关于关键字参数 这个参数有两行参数，第一行：MID（MID - 待失效的材料编号），excl（排除数字，任意假设）；第二行：PFAIL（失效压力），SIGPI（失效主应力），SIGVM（失效等效应力，一般指抗拉强度），EPSPI（失效主应变），EPSSH（失效剪应变），SIGTH（极限应力），IMPULSE （失效应力冲量），FAILTM（失效时间）。 其中excl为排除数字，这个数字可以任意定义，如果第二行某个参数和这个数据相同，那么该参数定义的失效准则就被忽略。（第二行可以定义很多准则）。不选用其它失效准则不能留空，必须要填排除数字。 关于PFAIL 关键字的说明：此关键字表示物体的静水压破坏，即各个方向受到相同压力时的破坏准则，其中压为正，拉为负，一般材料尤其是混凝土材料都是拉伸破坏，故此参数一般定义为负数，对于大小比较的是代数值的大小，因此当低于此准则即拉应力超过允许数值，材料即宣告破坏（类似抗压强度）。当实际的静水压力（其实应该是拉力）小(大？) 于此值（代数大小），材料即宣告破坏。

复合材料失效模式分析

复合材料失效模式分析 ★★★★★微谱检测：中国权威检测机构★★★★★ ------专业进行复合材料失效模式分析https://www.wendangku.net/doc/803898488.html, 微谱检测是国内最专业的未知物剖析技术服务机构，拥有最权威的图谱解析数据库，掌握最顶尖的未知物剖析技术，建设了国内一流的分析测试实验室。首创未知物剖析，成分分析，配方分析等检测技术，是未知物剖析技术领域的第一品牌！ 上海微谱化工检测技术有限公司，是一家专业从事材料分析检测技术服务的机构，面向社会各业提供各类材料样品剖析、配方分析、化工品检验检测、单晶硅纯度检测及相关油品测试服务。 本公司由高校科研院所教授博士领衔、多个专业领域专家所组成的技术团队具有长期从事材料分析测试的经验，技术水平和能力属国内一流。通过综合性的分离和检测手段对未知物进行定性鉴定与定量分析，为科研及生产中调整配方、新产品研发、改进生产工艺提供科学依据。 微谱检测与同济大学联合建立微谱实验室，完全按照CNAS国家认可委的要求建设，通过CMA国家计量认证，并依据CNAS-CL01：2006、CNAS-CL10和《实验室资质认定评审准则》进行管理，微谱实验室出具的检测数据均能溯源到中国国家计量基准。 微谱检测的分析技术服务遍布化工行业，从原材料鉴定、化工产品配方分析，到产品生产中的工业问题诊断、产品应用环节的失效分析、产品可靠性测试，微谱检测都可以提供最专业的分析技术服务。 微谱检测深耕于未知物剖析技术领域内的创新，以振兴民族化工材料产业为己任！ 微谱检测可以提供塑料制品，橡胶制品，涂料，胶粘剂，金属加工助剂，清洗剂，切削液，油墨，各种添加剂，塑料，橡胶加工改性助剂，水泥助磨剂，助焊剂，纺织助剂，表面活性剂，化肥，农药，化妆品，建筑用化学品等产品的成分分析，配方分析，工艺诊断服务。

ABAQUS及Ansys概述

ABAQUS软件公司和产品应用介绍 一、ABAQUS软件公司的发展历程 1972年，ABAQUS的首要创始人David Hibbitt在布朗大学完成了Ph.D.论文，论文的一部分为基于有限元方法的计算力学内容。这期间，他和他的导师创建了一个公司，产品为他们开发的有限元软件MARC。此后，ABAQUS的另外一个创始人Paul Sorensen也加入了MARC，但之后回到布朗大学继续攻读Ph.D学位。ABAQUS的另外一个创始人Dr. Bengt Karlsson曾经是Control Data公司的分析工程师，由于工作的关系，他逐步对当时各种有限元程序加以熟悉并产生浓厚兴趣。1976年，他从欧洲来到美国和Hibbitt一同在MARC工作。 作为MARC的总工程师，Hibbitt越发意识到工业界对有限元软件有一种强烈的需求，将会成为工程师的日常工具，逐步取代传统的实验做法，但这要求对现有的程序进行大幅度修改，使之能够处理更大规模的模型，计算的可靠性和精度更高。他建议导师重写MARC的内核来适应工业领域的要求，但是他的导师当时不愿意进行这样的一笔投资。1977年，Hibbitt离开MARC开始从头编写ABAQUS。Karlsson很快加入了他。之后，已经从布朗大学博士毕业正在通用汽车公司工作的Sorensen也加入了他们的行列。Hibbitt, Karlsson & Sorensen, Inc., (HKS) 公司于1978年2月1日正式成立。三个力学专家开始了一个强大工程分析工具的发展历程。 HKS的第一个客户是Westinghouse Hanford公司，它在华盛顿州从事核反应堆方面的开发工作。Westinghouse Hanford需要进行复杂的分析，包括核燃料棒的接触、蠕变和松弛等问题。ABAQUS可以进行温度相关的蠕变、塑性以及接触建模体现了其优势，很快ABAQUS在核工业领域小有名气。 ABAQUS早期的应用还包括石油、军工等其它领域。随着软件功能的不断强大，汽车公司在80年代中期开始采用ABAQUS作为复杂工程模拟的工具。此后ABAQUS的研发一直是和重要工业客户一起合作进行的，这些客户碰到的力学难题，双方会一起参与来设法解决，同时不断丰富ABAQUS本身的功能。今天，ABAQUS已经被应用于各个工业领域作为核心产品的研发工具，对它求解能力的强大性和灵活性的赞誉不绝于耳。 2002年底HKS公司改名为ABAQUS公司，全部业务都是进行ABAQUS软件的开发与维护。近年来公司始终保持两位数增长，2007年增长17%，2008年增长18%。目前ABAQUS全球有800名雇员，在北美、欧洲、亚太地区有40个分公司或代表处。在总部的400多名雇员中有200多人具有工程或计算机的博士学位，70多人具有硕士学位。被公认为世界上最大且最优秀的非线性固体力学研究团体。 二、ABAQUS软件的发展历程 ABAQUS最早的产品为ABAQUS/Standard。ABAQUS/Standard是一个通用

关于dyna中材料失效准则的定义

关于dyna中材料失效准则的定义 有些材料类型中有关于失效准则的定义，但是也有些无失效准则的材料类型，这个时候需要额外的定义失效准则，与材料参数一块定义材料特性。用到*mat_add_erosion关键字，对于这个关键字有几个需要注意的地方。 1、材料的通用性准则： 材料通常为拉破坏或者剪切破坏，静水压是以压为正，拉为负，所以静水压破坏就是给出最小的承受压力，当然需要小于0（即拉力），如果静水压小于该值，则材料破坏。相反，应力则是以压为负，拉为正，故最大主应力或最大等效应力或最大剪应力破坏等等都是给出最大的应力极限，当然大于0，如果拉应力大于该值，则材料破坏，无论是MAT_ADD_EROSION，还是材料内部自带的破坏准则还是其他软件，都遵循以上准则。注意：屈服不是失效。 2、单元失效模拟的功能与目的 单元删除功能本身是为了克服有限元本身的缺陷的一项方法，由于有限元本身就是基于连续介质力学的，而在连续介质理学中，所研究的物体需要是连续的，既物质域在空间中连续。在这样的理论假设框架下，单元本身是不会消失的。然而在实际情况下，由于损伤断裂的存在，势必会使得一些单元消失或者完全的失效，所以为了能够模拟这种情况，DYNA提供了单元失效功能。 破坏、失效、断裂，都是工程性的概念，它表示在达到某一准则后，结构、构件、或者构件中的某一部分，从结构中退出工作，不再影响整体结构的受力。而从有限元概念上说，对上述机制的模拟，基本手段都是一样的，就是当满足某一指标（比如某个应变大小）后，将一个单元或者一个积分点的质量、刚度和应力、应变都设为零（或者非常接近与零），这样它在整体结构计算中就不再发挥作用，进而实现了退出工作机制的模拟。所以，无论是把纤维模型中的某个纤维、或者分层壳模型中的某一层、或者实体模型中的某个积分点，或者结构中的某个单元，让其不再参与整体结构计算，都可以达到模拟破坏退出工作的目的。而所谓单元生死技术，是上述基本概念在有限元程序中的一个“打包”应用。它除了让单元不再参与计算外，一般还有一个重要的附加功能，就是对仅和“被杀死”单元相连的“孤岛”节点，让其自由度不再参与整体结构计算，以减少计算困难。而后来有限元程序的前后处理又不断改进，可以做到在后处理里面“看不到”已杀死的单元，这样就显得更加真实。但正因为这些包装，使得很多人反而忘记了所谓单元生死技术的基本概念。. 所以，不要被单元生死吓到，即便是有限元程序不提供“单元生死”功能，通过适当的设计单元质量、刚度和应力应变矩阵，也可以实现单元生死同样的效果。至于构件的部分或局部破坏（诸如钢筋的断裂），更是有多种实现方法，使用者可以灵活掌握。 3、关于关键字参数 这个参数有两行参数，第一行：MID（MID待失效的材料编号）excl（排除数字，任意假设）；第二行：PFAIL（失效压力）SIGPI（失效主应力）SIGVM（失效等效应力，一般指抗拉强度）EPSPI（失效主应变）EPSSH（失效剪应变）SIGTH（极限应力）IMPULSE（失效应力冲量）FAILTM（失效时间） 其中excl为排除数字，这个数字可以任意定义，如果第二行某个参数和这个数据相同，那么该参数定义的失效准则就被忽略。（第二行可以定义很多准则）。不选用其它失效准则不能留空，必须要填排除数字。 关于PFAIL关键字的说明：此关键字表示物体的静水压破坏，即各个方向受到压力时的破坏准则，其中压为正，拉为负，一般材料尤其是混凝土材料都是拉伸破坏，故此参数一般定义为负数，对于大小比较的是代数值的大小，因此当低于此准则即拉伸力超过允许数值，

Abaqus中复合材料弹性属性的设定

一、定义材料的刚度矩阵 从弹性力学理论可以知道,各向异性材料的刚度矩阵由于有对称性，刚度系数有最初的36个减少到21个，如下图： 在实际应用中，大多数工程材料都有对称的内部结构，因此材料具有弹性对称性，这种对称性可以进一步简化上述的刚度矩阵。 1、有一个弹性对称面的材料（如结晶学中的单斜体） 例如取x-y平面为对称面，则D1112= D1113= D2212= D2213= D3312= D3313= D1223= D1323=0，刚度系数又减少8个，剩下13个。 2、有两个正交（相互垂直）弹性对称面的材料 例如进一步取x-z平面为对称面，则D1123= D2223= D3323= D1213=0，刚度系数又减少4个，剩下9个，如下图： 在Abaqus编辑材料中进行个刚度系数的设定。

3、有三个正交弹性对称面的材料 如果材料有三个相互垂直的弹性对称面，没有新的刚度系数为零，也只有9个。 4、横观各项同性材料 若经过弹性体材料一轴线，在垂直该轴线的平面内，各点的弹性性能在各方向上都相同，我们称此材料横观各向同性材料，如单向复合材料。对于这种材料最终的刚度系数只剩下D1111，D1122，D1133，D3333，D1212五项，其余各项均为零。在复合材料中，经常遇到正交各项异性和横观各项同性两种材料。 二、定义材料工程弹性常数 通过指定工程弹性常数定义线弹性正交各向异性材料是最便捷的一种方法，根据复合材料力学理论，用工程弹性常数表示的柔度矩阵表示如下：

其中，γij/Ei=γji/Ej，所以用9个独立弹性常数可以表征材料属性，即三个材料主 方向上的弹性模量E1，E2，E3，三个泊松比γ12，γ13，γ23，三个平面内的剪切弹性模量G12，G13，G23。 例如测得复合材料一组材料数据为：E1=39GPa，E2=8.4GPa，E3=5.2GPa，γ12=0.26，γ13=0.3，γ23=0.28，G12=4.2GPa，G13=3.6GPa，G23=2.4GPa （随便给出的）。在Abaqus编辑材料对话框中输入对应数据，完成正交各向异性材料的定义。 对于横观各向同性材料，E1=E2，γ13=γ23，γ31=γ32，G13=G23，弹性常数

abaqus复合材料

复合材料不仅仅是几种材料的混合物。它有一些普通材料所没有的特性。它在潮湿和高温环境、冲击、电化学腐蚀、雷电和电磁屏蔽环境中具有不同于普通材料的特性。 复合材料的结构形式包括层板、夹层结构、微模型、机织预制件等。 复合材料的结构和材料是相同的，并且在结构形成时可以同时确定材料的分布。它的性能与制造过程密切相关，但制造过程非常复杂。由于复合材料结构不同层的材料性能不同，复合材料结构在复杂荷载作用下的破坏模式和破坏准则也各不相同。 在ABAQUS中，复合材料的分析方法如下 1建模 其结构形式决定了其建模方法，可以采用基于连续介质的壳单元和常规壳单元。复合材料应用广泛，但复合材料的建模是一个难点。制作复杂的结构光需要一个月的时间2材料 使用“图纸类型”（图层材质）来建立材质参数。材料参数可以以工程参数的形式给出，也可以通过子选项给出材料强度数据。这种材料只使用平面应力问题。

ABAQUS可以用两种方式定义层压板：复合材料截面定义和复合材料层压板定义复合剖面定义对每个区域使用相同的图层特性。这样，我们只需要创建一个壳组合，将截面属性指定给二维（在网格中定义的常规壳元素）或三维（三维的大小应与壳中给定的厚度一致）。基于网格中定义的连续体的壳单元） ABAQUS复合分析方法简介 复合覆盖定义由复合布局管理器定义，主要用于在模型的不同区域构造不同的层。因此，在定义之前应该先划分区域，并将不同的层分配给不同的区域。它可以根据常规shell的元素和属性进行定义。 传统的壳单元定义每个层的厚度并将其分配给二维模型。根据单元的厚度可以将单元划分为三维单元的厚度方向。 提示：堆栈参考坐标系（放置方向）的定义和每个堆栈坐标系（图层方向）的定义。定义正确的图层角度、图层厚度和图层顺序。ABAQUS无法分析单个层的法向变化超过

材料失效

/FAIL/BIQUAD 失效模型 在RADIOSS 中/FAIL/BIQUAD 是使用非常方便的用于描述延性材料破坏的模型。对于三轴力（stress triaxiality ）的材料应力破坏面可以通过两条双曲线来描述。而这两条双曲线是通过用户提供的5组实验的数据（破坏应变）RADIOSS 自动拟合的。在默认的情况下，即/FAIL/BIQUAD 中S-Flag =1，那么使用以下的两条双曲线来分段的描述材料破坏面: ()21f x ax bx c =++ ()22f x dx ex f =++ 这里a, b, c, d, e, f 是双曲线的系数, x 是三轴力（ stress triaxiality ），()1f x ,()2f x 是分段破坏应变. 双曲线的系数a, b, c, d, e, f 由RADIOSS 通过用户输入的c1-c5 这5组实验数据来自动拟合的。

拟合的双曲线系数也会在*0000.out文件中打印出来以供校验。 Bi-Quadratic FAILURE -------------------- c1. . . . . . . . . . . . . . . . . . .= 0.2419E+00 c2. . . . . . . . . . . . . . . . . . .= 0.1900E+00 c3. . . . . . . . . . . . . . . . . . .= 0.1585E+00 c4. . . . . . . . . . . . . . . . . . .= 0.1437E+00 c5. . . . . . . . . . . . . . . . . . .= 0.1394E+00 COEFFICIENTS OF FIRST PARABOLA ----------------------------- a . . . . . . . . . . . . . . . . . . .= 0.9180E-01 b . . . . . . . . . . . . . . . . . . .= -0.1251E+00 c . . . . . . . . . . . . . . . . . . .= 0.1900E+00 COEFFICIENTS OF SECOND PARABOLA ----------------------------- d . . . . . . . . . . . . . . . . . . .= 0.3753E-01 e . . . . . . . . . . . . . . . . . . .= -0.9483E-01 f . . . . . . . . . . . . . . . . . . .= 0.1859E+00 这里用户需要输入的c1 – c5分别是下列实验中得到的塑性破坏应变。 c1单轴压缩实验中得到的材料破坏应变

abaqus复合材料

abaqus复合材料 Abaqus提供了不同方式对复合结构进行建模的功能。根据被建模的复合材料的类型，可用的材料数据，边界条件以及期望的结果，某种特定方法可能比其他方法更好。 什么是复合结构？ 复合材料是嵌入基质材料内的增强材料的宏观混合物。复合结构由复合材料制成，并且可以具有许多形式，如单向纤维复合材料，织物或蜂窝结构。 Abaqus使用几种不同的方法来模拟复合结构 1）微观：在这种方法中，基体和增强材料被建模为单独的可变形连续体 2）宏观：在这种方法中，基体和增强材料被建模为整体可变形连续体。当单个纤维的微观行为及其与基体的相互作用不太重要的时，可以使用这种方法。 3）混合建模：在该方法中，复合结构被建模为单一正交各向异性（或各向异性）材料。当结构的整体行为比微观层面的行为更重要时，这

一点很重要。单个材料定义（通常是各向异性的）足以预测全局行为。 复合材料层压板的分析： 复合层压材料由多层制成。每层具有独自的厚度，并且每层中的增强纤维以不同方式对齐。布置层以形成层压板的顺序称为叠层或堆叠顺序。在Abaqus中对此进行建模的最简单方法是使用混合建模方法。这将包括为每个层定义正交各向异性，厚度，纤维取向和堆叠顺序，这反过来又决定其结构行为。 通常，层压性能直接从实验或其他应用中获得。这些性质可以是A，B，D基质的形式，其定义了层压材料的刚度。在这种情况下，宏观方法可用于层压板的结构分析。这种方法在本质上可以被认为是宏观的，因为在Abaqus部分定义中导出并使用等效的截面属性。还可以认为它是一种混合建模方法，因为截面刚度是基于层板铺设得出的。 下面的示例显示了A，B，D矩阵是如何从可用的上层信息中派生出来的，并在Abaqus的General Shell Section定义中使用。 经典层压理论的假设： 这里显示的层压复合材料的宏观建模方法基于经典层压理论（CLT）。

材料失效分析

中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 材料失效分析是一门多学科交叉的综合性学科，在材料研究、安全生产、事故分析和社会发展等方面有重要的地位和作用。它涉及内容广，工程背景强，技术难度高，承担责任大，尤其对基础材料的制备、新材料的研发、新产品的开发、结构的可靠性分析、事故的责任认定和时间的预测预防等都具有理论意义和工程价值。本课程主要介绍了失效分析的基本概念、基础理论和表征方法，深入浅出地介绍了如何运用基础理论和基本方法分析解决实际问题。 2.设计思路： 材料失效形式主要包括断裂失效、腐蚀失效、磨损失效，加工缺陷与失效，本课程以材料失效的各种形式为主线，主要介绍常用的失效分析方法和各种失效形式的主要特点，旨在培养和训练学生运用已有的基础知识和基本方法去分析解决实际问题的综合能力，同时增强其探索能力和创新能力。课程内容主要包括六个模块：总论（材料失效分析的基本概念）、失效分析基本方法、材料的断裂失效形式与机理、材料的腐蚀失效形式与机理、材料的磨损失效形式与机理、金属构件加工缺陷与失效。 - 6 -

（1）总论（材料失效分析的基本概念）： 主要内容包括材料失效分析的基本概念、特点和发展概况。要求同学们掌握失效分析的定义和基本内容，理解材料失效分析的基本特点和意义，了解失效学的发展史及概况。重点掌握材料失效包含的几种主要情况和基本模式。 （2）失效分析基本方法： 主要内容包括失效分析的基本思路和程序；材料失效分析的基本检测方法。要求同学们掌握材料各种性能，包括组成成分、热性能、电性能、力学性能等的基本检测方法，理解失效分析的思路、方法、程序和基本步骤，了解各种性能检测方法的基本原理。重点掌握各前续课程及专业知识在失效分析中的作用，引起失效的各种原因，及失效分析中检测方法的适当选择。 （3）材料的断裂失效形式与机理： 主要内容包括材料的失效形式，外力类型与材料性能，材料安全设计准则，材料的断口，脆性断裂失效分析，韧性断裂失效分析，疲劳断裂失效分析，蠕变断裂失效分析，金属材料的失效模式与机理的关系。要求同学们掌握各种断裂失效的基本特征、产生原因、影响因素及预防措施，理解各种断口形貌及其特征，了解材料安全设计中需要考虑的各种因素和准则。重点掌握材料断裂失效类型的特征和鉴别，各种断裂失效模式的机理。 （4）材料的腐蚀失效形式与机理： 主要内容包括腐蚀的危害性，腐蚀机理和形式，全面腐蚀和局部腐蚀，应力作用下的腐蚀，苛性腐蚀（碱脆）。要求同学们掌握材料腐蚀失效的特点、机理和主要形式，理解各种腐蚀失效之间的区别和联系，了解各种腐蚀失效的产生原因和影响因素。重点掌握材料腐蚀失效类型的特征和鉴别，各种腐蚀失效形式的机理，外力与腐蚀之间 - 6 -