ABAQUS中的損傷模型

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 AbaqusAnalysisUsersManual2 嬰幼兒搖椅金屆底座的破裂分析.2010AbaqusTaiwanUsersConference.3 曹明,ABAQUS損傷塑性模型損傷因子計(jì)算方法研究.4 FailureModelingofTitanium6Al-4VandAluminum2024-T3WiththeJohnson-CookMaterialModel另外，在AbaqusExampleProbl

2、emsManual中有考慮損傷的模擬薄板鋁材在準(zhǔn)靜態(tài)荷載和動力荷載下的累進(jìn)失效分析的操作范例，還沒來得及看。ABAQUS中包括延性金屆損傷、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)際上對于混凝土還有塑性損傷模型，東南大學(xué)的曹明3對該模型有詳盡描述。在此僅討論金屆損傷模型。對于損傷的主菜單，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)模型延性金屆損傷包括柔性損傷、Johnsor-Cook損傷、剪切損傷、FLD損傷、FLSD損傷、M-K損傷、MSFLD損傷。服從Traction-Separation法則的損傷是針

3、對CohesiveElement（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。彈性體損傷針對于類似橡膠類物質(zhì)，不考慮。對于延性金屆損傷，剪切損傷模型用于預(yù)測剪切帶局部化引起的損傷，F(xiàn)LD、FLSD、MSFLD、M-K損傷都是用于預(yù)測金屆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Johnsor-Cook損傷都是一類模型，預(yù)測由于延性金屆內(nèi)部空隙成核、成長、集結(jié)引起的損傷萌生。模型假定損傷萌生時(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-P

4、rager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）（Equivalentfracturestrainatdamageinitiation、應(yīng)力三軸度（可=-p/q，其中p是壓應(yīng)力（pressurestress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？?？。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ABAQU時(shí)對塑性材料的定義。Johnson-Cook損傷需要輸入五個(gè)失效參數(shù)D1-D5、熔點(diǎn)？meit、轉(zhuǎn)

5、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。在文后會附錄該模型的表達(dá)式。當(dāng)小丁等丁轉(zhuǎn)變溫度?transition時(shí)，損傷應(yīng)變？?！達(dá)式不依賴丁溫度。材料參數(shù)必須在轉(zhuǎn)變溫度之下測量。2、損傷演化在ABAQUS中的損傷演化菜單屆丁損傷模型的子選項(xiàng)，且對丁不同的模型，其菜單項(xiàng)變化不大，對丁柔性損傷和Johnson-Cook損傷，子選項(xiàng)都是一樣的。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，對丁位移求損傷變量，其應(yīng)該采用類似脆塑性模型的方法（見損傷力學(xué)）。對丁能量方法，通過斷裂所需的能量求出損傷變量，有點(diǎn)類似損

6、傷力學(xué)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，由丁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傷模型的意義不大。其次，參數(shù)的輸入還依賴丁實(shí)驗(yàn)得到的各種參數(shù)，不易獲取。Johnson-Cook模型對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中的損傷演化過丁簡單、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

7、模型是針對低周循環(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屆丁上述類型。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-Cook損傷模型4Johnson-Cook模型中的失效累積（failureaccumulation也可能是損傷累積）并不直接使屈服面退化，定義失效時(shí)的應(yīng)變?yōu)椋篹?+?）1+D4?1+D5?第一個(gè)括號表示斷裂應(yīng)變隨著靜水應(yīng)力張量的增加而減小，第二個(gè)括號表示增加的應(yīng)變率對失效應(yīng)變的影響效應(yīng)，第三個(gè)括號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

8、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?=V3?2無量綱應(yīng)變率？?？有效塑性應(yīng)變率與參考應(yīng)變率（通常?。┑谋戎?=r?無量綱溫度C?=_?T是當(dāng)前溫度，？?t環(huán)境溫度，？?晶熔點(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,?有效塑性應(yīng)變，？寵密度，？誑比熱容。有效塑性應(yīng)變定義如下：?=?,/有效塑性應(yīng)變增量由塑性應(yīng)變張量的增量決定:?件彳?sJohnson-Cook模型中，當(dāng)損傷因子D達(dá)到，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：?=E&?Ductiledamagemodel延性準(zhǔn)則是用丁預(yù)測由丁孔隙成核、生長、集結(jié)引起的損傷萌發(fā)的唯象模型。模型假設(shè)損傷發(fā)生時(shí)的等效塑性應(yīng)變？魏應(yīng)力三軸比和應(yīng)變率的函數(shù):明薩）應(yīng)力三軸度（t=-p/q，