Abaqus二次开发:疲劳裂缝伸展模拟

疲劳是指材料在往复荷载的作用引起的损伤,进而开裂的过程。由于疲劳计算本构较多以及过程相对复杂,目前的有限元软件中很少有对疲劳的模拟。而abaqus通过各种子程序可以实现疲劳过程的二次开发。下面介绍一下两种疲劳的本构以及实现效果。



1、应力路径与疲劳累计的关系

AB段是弹性加载阶段,此时不会发生疲劳,达到B点时发生初始损伤,BC段为损伤后继续加载,如果不考虑疲劳,损伤会沿着CC‘进行,即单调损伤。如果在C点卸载至D点,损伤也不会增加,之后加载至E点后疲劳损伤会累计,之后重复卸载-重加载-卸载过程(卸载不考虑疲劳损伤,加载考虑疲劳损伤),直至疲劳损伤量到1。

Abaqus二次开发疲劳裂缝伸展模拟的图1

加载路径

2、疲劳本构

1)Siegmund 疲劳方程

Abaqus二次开发疲劳裂缝伸展模拟的图2

引自:功率模块引线键合界面的疲劳断裂特性研究

2)Lemaitre疲劳方程

Abaqus二次开发疲劳裂缝伸展模拟的图3

Abaqus二次开发疲劳裂缝伸展模拟的图4

Abaqus二次开发疲劳裂缝伸展模拟的图5

引自:含夹杂物轴承钢中裂纹的萌生与扩展

3、三点弯曲梁模型及疲劳裂缝伸展结果

模型左侧为固定约束,右侧为铰接,模型中下部位设置1mm的长的初始裂缝。模型采用平面应变单元C3D8R,裂缝采用cohesive单元模拟。模型顶部施加1.1MPa的循环荷载,直至试样完全开裂。分析步采用动力隐式分析步,材料采用弹塑性本构,cohesive单元采用双线性本构。

Abaqus二次开发疲劳裂缝伸展模拟的图6

点弯曲梁疲劳裂缝伸展

4、DCB模型及疲劳裂缝伸展结果

模型采用平面应变单元C3D8R,裂缝采用cohesive单元模拟。模型边界施加1MPa的循环荷载,直至试样完全开裂。分析步采用动力隐式分析步,cohesive单元采用双线性本构。

Abaqus二次开发疲劳裂缝伸展模拟的图7

DCB疲劳裂缝伸展

Abaqus二次开发疲劳裂缝伸展模拟的图8


损伤后应力应变曲线

Abaqus二次开发疲劳裂缝伸展模拟的图9


由于建模流程篇幅较长这里不再展示,如需探讨或者需要模型及子程序



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