纤维增强复合材料的损伤与失效分析在Abaqus中的应用

纤维增强材料的起始准则：

要求未损伤时材料的性能为线弹性；

基于Hashin的理论(Hashin and Rotem, 1973, and Hashin, 1980)；

考虑了四种不同的破坏模式：纤维拉伸、纤维压缩、基体拉伸和基体压缩；

可以与纤维增强复合材料损伤演化模型结合使用。

1. 损伤起始

损伤起始是指材料在某一点开始发生退化。在Abaqus中，纤维增强复合材料的损伤起伤准则是基于Hashin的理论。这些标准考虑了四种不同的损伤起始机制：纤维拉伸、纤维压缩、基质拉伸和基体压缩。

起始准则的一般形式如下:

   纤维增强材料的起始准则，损伤变量等于1.0或更高的值表示已满足起始标准
 

在上述方程中：

df、dm和ds是表征纤维、基体和剪切损伤的内部(损伤)变量，由损伤变量d t f、d c f、d t m和d c m推导而来，对应于前面讨论的四种模式，分别为:

在任何损伤发生和演化之前，损伤算子M等于单位矩阵，因此，σ 尖= σ。一旦发生了至少一种模式的损伤起裂和演化，损伤算子在其他模式的损伤起裂准则中就具有重要意义。有效应力，σ尖，是用来表示作用在损坏区域上的应力，它能有效地抵抗内力。

以上提出的起始条件可以专门用于Hashin and Rotem(1973)中提出的模型，设置α = 0.0, ST = YC / 2，或者设置α = 1.0得到Hashin(1980)中提出的模型。

输出变量与每个起始准则(纤维拉伸、纤维压缩、基体拉伸、基体压缩)相关联，以表示是否满足该准则。1.0或更高的值表示已满足初始化标准。如果定义了损伤起始模型而没有定义相关的演化规律，则起始准则将只影响输出。因此，可以使用这些标准来评估材料遭受损伤的倾向，而无需对损伤过程进行建模。

   abaqus中的定义位置
 

并给出XT, XC, YT, YC, SL, ST，α的值进行定义。

看到这里有没有觉得公式有点晕，到底纤维复合材料损伤起始的判据是什么，F t f、F c f、F t m和F c m还是d t f、d c f、d t m和d c m。以我现在的学习认知，我觉得损伤起始判据是F t f、F c f、F t m和F c m，当其等于或大于1时，损伤发生。通过abaqus CAE 已经定义了计算起始判据F t f、F c f、F t m和F c m的一些参数XT, XC, YT, YC, SL, ST，α；因此，判据中只剩σ尖未知，σ尖通过真实应力和损伤算子矩阵的乘积计算，其中损伤算子矩阵中的内部损伤变量d t f、d c f、d t m和d c m的计算在下一节给出。

2. 单元和输出

损伤起始准则必须与具有平面应力公式的单元一起使用，包括平面应力、壳、连续壳和膜单元。

除了Abaqus中可用的标准输出标识符之外，以下变量与纤维增强复合材料损伤模型中材料点的损伤起始相关：

DMICRT：所有损伤起始标准分量；

HSNFTCRT：分析过程中所经历的纤维拉伸起始准则最大值；

HSNFCCRT：分析过程中所经历的纤维压缩起始准则最大值；

HSNMTCRT：分析过程中所经历的基体拉伸起始准则最大值；

HSNMCCRT：分析过程中所经历的基体压缩起始准则最大值；

对于上述表示是否满足损伤模式下起始准则的变量，小于1.0表示不满足，大于等于1.0表示满足。如果定义损伤演化模型，则该变量的最大值不超过1.0。但是，如果不定义损伤演化模型，则该变量的值可能高于1.0，表示超出标准的程度。

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