19.Abaqus累积损伤与失效(9)

第19章 累积损伤与失效

包括： DMICRT 所有损伤引发的标准组件。 HSNFTCRT 在分析过程中经历的纤维拉伸萌生准则的最大价值。 HSNFCCRT 在分析过程中经历的纤维压缩萌生准则的最大价值。 HSNMTCRT 在分析过程中经历的基体断裂萌生准则的最高值。 HSNMCCRT 在分析过程中经历的基体破碎萌生准则的最大值。 表明在损伤模型中损伤萌生准则是否已得到满足，这个值小 对于上述变量，于1.0表明标准还没有得到满足，而这个值等于1.0或更高表示该标准已得到满足，如果你定义了一个损伤演化模型，这个变量的最大值不超过1.0。然而，如果你没有定义一个损伤演化模型，这个变量可以有值高于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-reinforced 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

在Abaqus中的纤维增强材料的损伤演化能力：

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第19章 累积损伤与失效

?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（见“线性弹性行为”，第17.2.1节）;

?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（“纤维增强复合材料的损伤开始，”第19.3.2节）;

?基于损伤过程中的能源消耗;

?提供几种失效时行为的选择，包括从网格中去除单元；;

?可以结合的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（“纤维增强复合材料的损伤开始，”第19.3.2节）讨论了在平面应力纤维增强复合材料的损伤萌生。本节将讨论在已定义损伤演化模型情况下，材料损伤萌生前的行为。损害开始之前，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：

??cd?

这里是应变和

是损伤弹性矩阵，其形式是：

其中

当前矩阵损坏的状态，

，

反映了纤维损伤的现状，

反映

反映剪切破坏的现状，

是剪切模量，

和

是在纤维方向的弹性模量，是泊松比。

是垂直方向的弹性模量，

损伤变量，

和ds是由损伤变量

。，，和推导出的，对

应先前所讨论的四个失效模式，如下：

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第19章 累积损伤与失效

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四个失效模式的应力-位移曲线，如图19.3.3-1所示。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

：

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第19章 累积损伤与失效

基体断裂

：

基体破碎

：

对于平面应力单元，特征长度程中的符号

，作为一个集成点面积的平方根计算。上述方

代表的的麦考括号运算符，是定义为：

当??R时，????(???)/2 损伤萌生（即

）后的行为，如图19.3.3-1所示，一个特定的模型的损伤

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第19章 累积损伤与失效

变量由下式给出

其中

是达到萌生准则时的初始等效位移，

是失效模型完全损伤时的位移。

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

值取决于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种模式下的

，其对应于图19.3.3-3中三角形OAC的面积。各值。

值取决于各自的

从部分损坏状态下装卸，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源点，在重新加载情况下，以相同的路径回到B点，如下图所示。

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