Abaqus渐进损伤与失效（3.1）：纤维增强复合材料总述

我又来了，朋友们。最近年终总结整的眼睛痛，快回家了，来这里缓一缓。我们继续来学习一下abaqus帮助文档中关于纤维增强复合材料的损伤与失效内容吧~

Abaqus提供了一个损伤模型，能够预测具有各向异性行为的弹脆材料的损伤起始与损伤演化。该模型主要用于纤维增强材料，因为它们通常表现出这种行为。

这种损伤模型需要满足以下要求：

材料的未损伤时的响应，必须是线弹性的；

具有损伤起始准则；

损伤演化规律，包括单元删除的选择。

1. 单向板损伤的通用概念

损伤通过材料刚度的退化表征。它在纤维增强复合材料的分析中起着重要作用。许多这类材料表现出弹脆行为；也就是说，这些材料的损伤是在没有显著塑性变形的情况下开始的。因此，在对此类材料的行为进行建模时，塑性可以忽略不计。

假定纤维增强材料中的纤维是平行的，如图1所示。

图1 单向板

必须在用户定义的局部坐标系中指定材质属性。薄片位于1 - 2平面，局部1方向与纤维方向对应。必须使用定义正交各向异性线弹性材料的方法之一指定未损坏材料的响应。其中最方便的是在平面应力下定义正交各向异性材料的方法。然而，材料响应也可以根据工程常数或直接指定弹性刚度矩阵来定义。

Abaqus各向异性损伤模型是基于Matzenmiller等人(1995)、Hashin和Rotem(1973)、Hashin(1980)和Camanho和Davila(2002)的研究成果。

考虑了四种不同的失效模式：

① 纤维受拉断裂；

② 纤维在压缩中的屈曲和扭结；

③ 横向拉伸和剪切作用下基体开裂；

④ 横向压缩和剪切作用下基质破碎。

在Abaqus中，破坏的开始是由Hashin和Rotem(1973)和Hashin(1980)提出的起始准则确定的，其中破坏面表示为有效应力空间(作用在有效抵抗力的区域上的应力)。

材料的响应由下式计算：

式中ε为应变，Cd为弹性矩阵，它反映了任何损伤，其形式为:

其中：

df反映纤维损伤的当前状态，dm反映基体损伤的当前状态，ds反映剪切损伤的当前状态，E1为纤维方向的杨氏模量，E2为垂直于纤维方向的杨氏模量，G为剪切模量，ν 12和ν 21为泊松比。

2. 单元

纤维增强复合材料损伤模型必须采用具有平面应力公式的单元，包括平面应力单元、壳单元、连续壳单元和膜单元。

说明：本系列文章是up主边学边整理的，可以看作是学习笔记，存在的错误欢迎指出。

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