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文檔簡介
1、本周主要是研究了 ABAQUS 中自帶的損傷模型。關(guān)于彈塑性力學(xué)的內(nèi)容, 感覺再看下去會(huì)跑偏,故先回歸損傷力學(xué)。主要閱讀 ABAQUS 用戶幫助手冊及一些用 ABAQUS 建立損傷模型的相關(guān)文 獻(xiàn)。1 Abaqus Analysis User's Manual2 嬰幼兒搖椅金屬底座的破裂分析 .2010Abaqus Taiwan User'sConference.3 曹明,ABAQUS損傷塑性模型損傷因子計(jì)算方法研究.4 Failure Modeling of Titanium 6Al-4V and Aluminum 2024-T3 With the Johnson-Cook
2、MaterialModel另外,在Abaqus Example Problems ManuaI中有考慮損傷的模擬薄板鋁材在 準(zhǔn)靜態(tài)荷載和動(dòng)力荷載下的累進(jìn)失效分析的操作范例,還沒來得及看。ABAQUS中包括延性金屬損傷、服從 Traction-Separation法則的損傷、纖維 增強(qiáng)復(fù)合物的損傷、 彈性體損傷。 實(shí)際上對(duì)于混凝土還有塑性損傷模型, 東南大 學(xué)的曹明 3對(duì)該模型有詳盡描述。在此僅討論金屬損傷模型。對(duì)于損傷的主菜單,定義的是損傷的萌發(fā)模型,子選項(xiàng)為損傷的演化。先來 談?wù)創(chuàng)p傷的萌發(fā)模型。1、損傷萌發(fā)模型延性金屬損傷包括柔性損傷、Johnson-Cook損傷、剪切損傷、FLD損傷、FL
3、SD 損傷、 M-K 損傷、 MSFLD 損傷。服從Traction-Separation法則的損傷是針對(duì) Cohesive Element (黏著單元), 應(yīng)該不適合厚鋼板結(jié)構(gòu),不予考慮。纖維增強(qiáng)復(fù)合物損傷不考慮。 彈性體損傷針對(duì)于類似橡膠類物質(zhì),不考慮。對(duì)于延性金屬損傷, 剪切損傷模型用于預(yù)測剪切帶局部化引起的損傷, FLD、 FLSD、 MSFLD、 M-K 損傷都是用于預(yù)測金屬薄片成型引起的損傷,故現(xiàn)在只剩 柔性損傷和Johnson-Cook損傷符合厚鋼板結(jié)構(gòu)的損傷研究。柔性損傷和Johnson-Cook損傷都是一類模型,預(yù)測由于延性金屬內(nèi)部空隙成 核、成長、集結(jié)引起的損傷萌生。 模型
4、假定損傷萌生時(shí)的等效塑性應(yīng)變是三軸應(yīng) 力和應(yīng)變率的函數(shù)。該延性準(zhǔn)則由 MISES、 Johnson-Cook、 Hill 、 Drucker-Prager 塑性模型整合得到。柔性損傷需輸入的參數(shù)是斷裂應(yīng)變(損傷發(fā)生時(shí)的等效斷裂應(yīng)變)(Equivale nt fracture strain at damage in itiatior)、應(yīng)力三軸度 (n= - p/q,其中 p 是壓應(yīng)力( pressure stres,s 也可譯為靜水壓應(yīng)力) , q 是 MISES 等效應(yīng)力)、應(yīng)變 率(等效塑性應(yīng)變率 ?p?l 、。三者關(guān)系是,在不同的三軸應(yīng)力和應(yīng)變率下,損傷萌 生的斷裂應(yīng)變是不同的。三者是以
5、表格的形式輸入的,表現(xiàn)了材料的一種性能。所以應(yīng)用該模型的前提是材料性能已知或已經(jīng)假定,有點(diǎn)類似ABAQUS中對(duì)塑性材料的定義。Johnson-Cook損傷需要輸入五個(gè)失效參數(shù)D1-D5、熔點(diǎn)Qmeit、轉(zhuǎn)變溫度transition、參考應(yīng)變率??。五個(gè)失效參數(shù)是由實(shí)驗(yàn)獲得的材料參數(shù),不容易獲得。 在文后會(huì)附錄該模型的表達(dá)式。當(dāng)小于等于轉(zhuǎn)變溫度(transition時(shí),損傷應(yīng)變??表 達(dá)式不依賴于溫度。材料參數(shù)必須在轉(zhuǎn)變溫度之下測量。2、損傷演化在ABAQUS中的損傷演化菜單屬于損傷模型的子選項(xiàng),且對(duì)于不同的模型, 其菜單項(xiàng)變化不大,對(duì)于柔性損傷和 Joh nso n-Cook損傷,子選項(xiàng)都是一
6、樣的。損傷演化的類型分為位移和能量,分別從破壞時(shí)的位移和斷裂能的角度求損 傷的演化。個(gè)人見解,對(duì)于位移求損傷變量,其應(yīng)該采用類似脆塑性模型的方法 (見損傷力學(xué)2.5)。對(duì)于能量方法,通過斷裂所需的能量求出損傷變量,有 點(diǎn)類似損傷力學(xué)2.2的方法。不過,具體采用什么模型,無從得知。ABAQUS中的損傷演化是從損傷萌生開始算起的,表現(xiàn)為材料剛度的降低。默認(rèn)損傷萌生之前損傷因子為0,材料斷裂時(shí)損傷因子為1??偨Y(jié)ABAQUS中的損傷模型,都是損傷萌發(fā)的預(yù)測模型,由于課題研究是將殘余 應(yīng)力描述為一種初始損傷,即損傷變量一開始就不為 0,故采用ABAQUS損傷模 型的意義不大。其次,參數(shù)的輸入還依賴于實(shí)驗(yàn)
7、得到的各種參數(shù),不易獲取。Joh nso n-Cook模型對(duì)損傷演化的考慮較細(xì)致,但是有五個(gè)失效參數(shù)需從實(shí)驗(yàn)獲?。?柔性損傷模 型且ABAQUS中的損傷演化過于簡單、籠統(tǒng),考慮的因素較少,如沈祖炎的模型 中還考慮了最大塑性應(yīng)變及權(quán)值?等(當(dāng)然,沈祖炎模型是針對(duì)低周循環(huán)荷載而 言的)。在用戶幫助手冊中也提到了考慮低周循環(huán)荷載的損傷萌生和演化,還未 看,不過其采用的各種模型仍屬于上述類型。故考慮使用用戶子程序UMAT編寫材料本構(gòu)關(guān)系,模擬損傷。附Johnson-Coo損傷模型Johnson-Cook模型中的失效累積(failure accumulation也可能是損傷累積) 并不直接使屈服面退化,
8、定義失效時(shí)的應(yīng)變?yōu)椋?"=? + ? 1 + D4 ? 1 + D5 ?第一個(gè)括號(hào)表示斷裂應(yīng)變隨著靜水應(yīng)力張量的增加而減小,第二個(gè)括號(hào)表示增加的應(yīng)變率對(duì)失效應(yīng)變的影響效應(yīng),第三個(gè)括號(hào)表示材料延性的熱軟化效應(yīng)。式中,D1-D5是材料系數(shù),由實(shí)驗(yàn)獲得。?是靜水壓應(yīng)力與等效應(yīng)力的比值(應(yīng)與柔性模型中的應(yīng)力三軸度一樣)?=?等效應(yīng)力定義為3?=2 ?無?1.0)的比值無量綱應(yīng)變率??是有效塑性應(yīng)變率與參考應(yīng)變率(通常取?毛?無量綱溫度?- ?>? ?=? ?T是當(dāng)前溫度,?是環(huán)境溫度,??是熔點(diǎn)。在絕熱環(huán)境下,假定所有的 內(nèi)部塑性作用都轉(zhuǎn)變成了溫度的變化,如下:?= ?是有效應(yīng)力,??是有效塑性應(yīng)變,?是密度,??是比熱容。有效塑性應(yīng)變定 義如下:? = ?0有效塑性應(yīng)變增量由塑性應(yīng)變張量的增量決定:2?= 3?綁熱Johnson-Cook模型中,當(dāng)損傷因子 D達(dá)到1.0,就發(fā)生斷裂。D的演化由等 效塑性應(yīng)變增量除以當(dāng)前失效應(yīng)變的求和得到:?=?Ductile damage model生長、集結(jié)引起的損傷萌發(fā)的唯象模型。延性準(zhǔn)則是用于預(yù)測由于孔隙成核、 模型假設(shè)損傷發(fā)生時(shí)的等效塑性應(yīng)變??是應(yīng)力三軸比和應(yīng)變率的函數(shù):?嚴(yán)應(yīng)力三軸度(n =
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