19.Abaqus累积损伤与失效

第19章 累积损伤与失效

图19.2.3-2 基于塑性位移的损伤演化的不同形式定义:

(a)表格形式,(b)线性形式,(c)指数形式。

指数形式

假设塑性位移损伤变量按照指数规律变化,如图19.2.3-2(c)所示。定义失效时的相对塑性位移uf和指数?,则损伤变量为

?pl

输入文件的使用:

*DAMAGE EVOLUTION,TYPE=DISPLACEMENT,SOFTENING=EXPONENTIAL Abaqus/CAE的使用:Property module: material editor: Mechanical→Damage for DuctileMetals→criterion: Suboptions →Damage Evolution: Type:Displacement:Softening:Exponential

损伤过程中基于能量耗散理论的损伤演化规律的定义

我们可以直接定义损伤过程中每单位面积耗散的断裂能量Gf。当Gf设置为0时就会发生瞬时失效。然而并不推荐这个选择,而且使用时要更加小心,因为会引起材料硬点处应力的突然减小并导致动态失稳。

此损伤演化过程可以有线性和指数两种形式定义。 线性形式

假设有塑性位移的损伤变量是线性的。可以定义单位面积内的断裂能量Gf,然后一旦达到损伤产生初始准则,损伤变量就会按照下式进行增加:

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第19章 累积损伤与失效

式中失效时等效塑性位移按下式计算:

?y0表示达到失效准则时屈服应力的值。所以,模型等效于图19.2.3-2(a)

所示。模型确保了只有在损伤开始后材料为完全塑性应变(屈服应力为常数)时在损伤演化过程中耗散的能量等于Gf。

输入文件的使用:*DAMAGE EVOLUTION, TYPE=ENERGY, SOFTENING=LINEAR

Abaqus/CAE的使用:属性模块(Property module):材质编辑器(material

editor):Mechanical→Damage for Ductile Metals→criterion: Suboptions→Damage Evolution: Type: Energy:Softening: Linear

指数形式

损伤变量的指数规律为:

模型的计算确保了损伤演化过程中的耗散能量等于Gf,如图19.2.3-3(a)所示。理论上,只有在等效塑性位移无穷大时,损伤变量的值等于1.(如图19.2.3-3(b)所示)。实际上Abaqus/Explicit会在耗散能量达到0.99Gf时将d的值设置为1.

输入文件的使用:

*DAMAGE EVOLUTION, TYPE=ENERGY, SOFTENING=EXPONENTIAL

Abaqus/CAE的使用:属性模块(Property module):材质编辑器(material editor):Mechanical→Damage for Ductile Metals→criterion: Suboptions→Damage Evolution: Type: Energy:Softening: Exponentiaol

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第19章 累积损伤与失效

图19.2.3-3 基于能量的指数形式损伤演化规律:(a)屈服应力 (b)损伤变量

最大损伤与去除单元的选择性

我们已经了解当单元产生剧烈的损伤时Abaqus如何处理单元。可以设置全局损伤变量D的上限Dmax,并选择当到达最大损伤时是否删除单元。后者的选择也会影响到哪一个几何部件受到损伤。 定义最大损伤的值

Dmax的默认设置取决于当到达最大损伤时是否将单元删除。单元删除的默认情况和黏着单元的所有情况下Dmax=1.0,否则Dmax=0.99.输出变量SDEG包括D的值。一旦集中硬点处的D值达到Dmax,就不会继续计算损伤(当然,除非任何刚度在单元删除中消失)。

输入文件的使用:使用下面的选项定义Dmax: *SECTION CONTROLS, MAX DEGRADATION=Dmax 网格中单元的移除

默认情况下当达到最大损伤时,单元会删除。对于难以分开的粘性单元,Abaqus/Explicit会将损伤应用于所有刚度部件上,对最终可能被移除的单元是一样的。

???(1?D)?

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第19章 累积损伤与失效

在任何一个单元集成位置的所有节点上,如果D达到了Dmax,那么单元就会被删除除了粘性单元(对于粘性单元,单元移除的情况发生在所有集成点D达到了Dmax并且没有集成点处于压缩状态)。例如,默认情况下,当任何一个集成点达到最大损伤时,一个实体单元将被移除。然而,通过厚度方向截面硬点的壳单元,在从网格中移除之前必须失效。对于二阶减少集成的梁单元,在通过厚度的所有截面点达到最大降解时,默认情况下,沿梁轴向的两个集成单元之一被去除。相似的,六面体与四面体实体单元和完全集成薄膜单元的任意集成点处的D达到Dmax时,默认情况下导致单元移除。

在热传导分析中,在单元移除之前材料的热属性不会受到材料刚度累积损伤的影响。单元移除时单元的热贡献也被移除。

输入文件的使用:使用下面的选项保留计算中的单元: *SECTIONCONTROLS,ELEMENTDELETION=NO 具有三维应力状态的单元

对于具有三维应力状态的单元(包括产生的平面应力单元),剪切刚度的退化达到最大值Dmax,会导致偏应力分量软化。然而只有当材料承受负压强时,集散刚度才会退化;在正压下没有集散的衰减。这与流体的性质相似。所以退化的偏应力S,压强P,应力按下式计算:

式中偏损伤变量和体积损伤变量为:

在此情况下输出变量SDEG包括Ddev的值。

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