ABAQUS中的損壞與失效模型

ABAQUS為材料失效提供了一個通用建模框架，其中允許同一種材料應(yīng)用多種失效機(jī)制。材料失效就是由材料剛度的逐漸減弱而引起的材料承擔(dān)載荷的能力完全喪失。剛度逐漸減弱的過程采用損傷力學(xué)建模。

為了更好地了解ABAQUS中失效建模的功能，考慮簡單拉伸試驗(yàn)中的典型金屬樣品的變形。如圖所示，應(yīng)力應(yīng)變圖顯示出明確的階段劃分，材料變形的初始階段是線彈性變形（a-b），之后隨應(yīng)變的增加，材料進(jìn)入塑性屈服階段（b-c）。超過c點(diǎn)后，材料的承載能力顯著下降直到斷裂（c-d）。

最后階段的變形僅發(fā)生在樣品變窄的區(qū)域。c點(diǎn)表明材料損傷開始，也被稱為損傷開始的標(biāo)準(zhǔn)。超過這一點(diǎn)之后，應(yīng)力應(yīng)變曲線由局部變形區(qū)域剛度減弱進(jìn)展決定。根據(jù)損傷力學(xué)可知，曲線c-d可以看成c-d'的衰減，曲線c-d'是沒有損傷的情況下，材料應(yīng)遵循的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律曲線。

因此，在ABAQUS中 ，失效機(jī)制的詳細(xì)說明里包括四個明顯的部分：

材料無損傷階段的定義（a-b-c-d'）；

損傷

開始的標(biāo)準(zhǔn)（c點(diǎn)）；

損傷發(fā)展演變的規(guī)律（c-d）；

單元的選擇性刪除，因?yàn)橐坏┎牧系膭偠韧耆珳p退就會有單元從計算中移除（d點(diǎn)）。

網(wǎng)格依賴性

在連續(xù)介質(zhì)力學(xué)中，通常是根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系建立材料的本構(gòu)模型。當(dāng)材料表現(xiàn)出導(dǎo)致應(yīng)變局部化的應(yīng)變軟化行為時，有限元分析的結(jié)果帶有強(qiáng)烈的網(wǎng)格依賴性，能量的耗散程度取決于網(wǎng)格的精簡程度。在ABAQUS中所有可使用損傷演化模型都使用減輕網(wǎng)格依賴性的公式。這是通過在公式中引入特征長度來實(shí)現(xiàn)的，特征長度作為一個應(yīng)力位移關(guān)系可以表達(dá)本構(gòu)關(guān)系中的軟化部分，它與單元尺寸有關(guān)系。

在此情況下，損傷過程中耗散的能量不是由每個單位體積衡量，而是由每個單位面積衡量。這個能量值作為另外一個材料參數(shù)，用來計算材料發(fā)生完全損傷時的位移。這是與材料斷裂力學(xué)中臨界能量釋放率的概念一致的。此公式確保了合適能量的耗散以及最大程度減輕網(wǎng)格的依賴。