螺栓断裂分析：Abaqus中的韧性与剪切损伤准则

Abaqus中韧性金属失效分析需要定义c点的损伤初始化准则，以及cd段的损伤演化（损伤后材料刚度退化路径）。材料软化后可持续承载，直到达到d点，材料失效，失去承载能力。

图1-韧性金属的全载荷区间应力-应变曲线

图2-韧性金属的损伤准则

ABAQUS为韧性金属提供不同的损伤初始化准则，大致分为两种类型：

金属裂纹的损伤初始化准则，包括韧性准则（ductile damage、Johnson-Cook damage）和剪切准则（shear damage）。也就是图2中红框内的三个准则，它们都属于金属承载后产生裂纹的准则。
金属板的径缩不稳定损伤初始化准则，包括几种成形极限图，用于评估钣金件的可成形性。也就是红框外的几个准则，不在本文讨论范围。

图3-渐进损伤失效分类

常见问题解答

Q1: 韧性准则和剪切准则有何不同？

A1: 韧性金属开裂有两种主要机理，基于唯象观察，仿真模拟这两种机理时用到不同的损伤起始准则（hooputra2004）：

机理1，由于内部（微裂纹）的成核、生长和孔隙的聚集产生的韧性断裂，这种情况下ductile damage、Johnson-Cook damage两种韧性准则是适用的，常见于拉伸工况。

图4-机理1韧性断裂

机理2，由于剪力带局部化产生的剪切断裂，这时shear damage比较适合，常见于剪切工况。

图5-机理2剪切断裂

······Q2: 可以同时使用不同的准则吗？

······A2: 对于同一种材料，可以同时指定多个损伤初始化准则，各个准则独立处理，一旦一个具体的准则得到满足，则按此准则指定的损伤演化规律计算刚度折减。必须注意的是: 任何损伤初始化准则必须指定一个损伤演化，否者该失效机理在仿真计算时是无效的。

······Q3: ductile damage或Johnson-Cook damage的区别？

······A3: 目前已知的区别（本人水平有限，欢迎各位补充）：

1) Johnson-Cook damage是ductile damage高应变率下的特殊情况，ductile damage在Standard或Explicit都可使用；Johnson-Cook damage则只能在Explicit中使用。

2) 获取参数的试验方式不同，Johnson-Cook damage的 d1~d5是在转变温度或低于转变温度的条件下，通过试件的高温拉压扭转实验获得的参数。Ductile damage的η、εdot，是在各种应变率条件下进行的材料拉压扭转试验，每个应力三轴度的值对应一个应力状态，也即是对应一种试验状态。因此一般的研究单位很难完全测得这些数据。相比之下Johnson-cook damage参数要容易测的多。这也是为什么目前的文献中关于J-C damage的参数要远多于ductile damage的，而切削、弹丸侵彻分析多属于高应变率、温度相关的过程，因此采用jc塑性+jc damage的组合也比较多。

工程应用

工程案例：连接件由4颗M10的螺栓固定在底座上，连接件承载孔承受持续5ms的冲击载荷，工况1峰值130KN，工况2峰值135KN。

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