延性金属损伤与失效的Abaqus渐进损伤分析总览

1. 损伤起始准则

Abaqus为延性金属提供了多种损伤起始准则的选择，每种准则都与不同类型的材料失效相关。它们可以分为以下几类：

① 金属断裂的损伤起始准则，包括延性ductile和剪切shear准则。

② 金属板颈缩失稳的损伤起伤准则，包括用于评估金属板材的成形性的成形极限图(FLD, FLSD, and MSFLD)，以及Marciniak-Kuczynski (M-K) 准则(仅在Abaqus/Explicit中可用)，在考虑变形历史的情况下，对金属板颈缩失稳进行数值预测。

每个损伤起始准则都有一个相关的输出变量，以指示在分析过程中是否满足该准则。1.0或更高的值表示已经满足起始条件。

对于给定的材料，可以指定多个损伤起裂准则。如果对同一材料指定了多个损伤起始标准，则分别进行处理。一旦满足某一特定的起始准则，材料刚度就按照该准则规定的损伤演化规律进行退化；然而，在没有损伤演化规律的情况下，材料的刚度不会退化。没有指定损伤演化响应的失效机制称为非活性失效机制。Abaqus将评估起始准则，仅作为输出目的，且该机制对材料响应没有影响。

   CAE定义损伤起始准则
 

2. 损伤演化

损伤演化规律描述了一旦达到相应的起始准则后材料刚度的退化速率。对于延性金属的损伤，Abaqus假设与每个主动损伤机制相关的刚度退化可以使用scalar damage variable 标量损伤变量d1 (i∈N act)来建模，其中N act表示主动机制的集合。在分析过程中的任意时刻，材料中的应力张量由标量损伤方程表示：

   其中D为整体损伤变量，¯σ为当前增量计算的有效(或未损伤)应力张量。¯σ是材料在无损伤情况下的应力。
 

当D = 1时，材料失去承载能力。默认情况下，如果任何一个积分位置的所有截面点都失去了其承载能力，则从网格中删除单元。

整体损伤变量D捕获所有主动机制的综合影响，并根据用户指定的规则，根据单个损伤变量di进行计算。

Abaqus支持不同的韧性金属损伤演化模型，并提供与材料失效导致的单元删除相关的控制。所有可用的模型都使用一种机制，旨在减轻在渐进损伤过程中可能由应变局部化效应引起的结果的强网格依赖性。

   CAE损伤演化的定义
 

3. 单元

延性金属的失效建模可以与Abaqus中的任何包括力学行为的单元一起使用(具有位移自由度的单元)。

对于温度-位移耦合单元，材料的热性能不受材料刚度渐进损伤的影响，直到达到单元删除的条件；同时在这一点后，单元的热贡献也被消除了。

金属板颈缩失稳的损伤起始标准(FLD、FLSD、MSFLD和M-K)仅适用于包括力学行为和使用平面应力公式的单元(即平面应力、壳、连续壳和膜单元)。

总结：金属的失效模型除了金属塑性定义外，还需要指定损伤起始准则和损伤演化规律。损伤起始准则的变量等于或大于1时代表损伤开始或已发生。损伤演化规律通过标量损伤因子去描述。一旦标量损伤因子等于1，则材料失去承载能力。abaqus通过单元删除表征材料的失效。

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