第19章 累积损伤与失效

图19.2.3-3 基于能量的指数形式损伤演化规律：（a）屈服应力 （b）损伤变量

最大损伤与去除单元的选择性

我们已经了解当单元产生剧烈的损伤时Abaqus如何处理单元。可以设置全局损伤变量D的上限Dmax，并选择当到达最大损伤时是否删除单元。后者的选择也会影响到哪一个几何部件受到损伤。 定义最大损伤的值

Dmax的默认设置取决于当到达最大损伤时是否将单元删除。单元删除的默认情况和黏着单元的所有情况下Dmax=1.0，否则Dmax=0.99.输出变量SDEG包括D的值。一旦集中硬点处的D值达到Dmax，就不会继续计算损伤（当然，除非任何刚度在单元删除中消失）。

输入文件的使用：使用下面的选项定义Dmax: *SECTION CONTROLS, MAX DEGRADATION=Dmax 网格中单元的移除

默认情况下当达到最大损伤时，单元会删除。对于难以分开的粘性单元，Abaqus/Explicit会将损伤应用于所有刚度部件上，对最终可能被移除的单元是一样的。

???(1?D)?

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第19章 累积损伤与失效

在任何一个单元集成位置的所有节点上，如果D达到了Dmax，那么单元就会被删除除了粘性单元（对于粘性单元，单元移除的情况发生在所有集成点D达到了Dmax并且没有集成点处于压缩状态）。例如，默认情况下，当任何一个集成点达到最大损伤时，一个实体单元将被移除。然而，通过厚度方向截面硬点的壳单元，在从网格中移除之前必须失效。对于二阶减少集成的梁单元，在通过厚度的所有截面点达到最大降解时，默认情况下，沿梁轴向的两个集成单元之一被去除。相似的，六面体与四面体实体单元和完全集成薄膜单元的任意集成点处的D达到Dmax时，默认情况下导致单元移除。

在热传导分析中，在单元移除之前材料的热属性不会受到材料刚度累积损伤的影响。单元移除时单元的热贡献也被移除。

输入文件的使用：使用下面的选项保留计算中的单元： *SECTIONCONTROLS,ELEMENTDELETION=NO 具有三维应力状态的单元

对于具有三维应力状态的单元（包括产生的平面应力单元），剪切刚度的退化达到最大值Dmax，会导致偏应力分量软化。然而只有当材料承受负压强时，集散刚度才会退化；在正压下没有集散的衰减。这与流体的性质相似。所以退化的偏应力S，压强P，应力按下式计算：

式中偏损伤变量和体积损伤变量为：

在此情况下输出变量SDEG包括Ddev的值。

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第19章 累积损伤与失效

平面应力状态的单元

对于平面应力状态的单元（平面应力，壳单元，连续壳单元和薄膜单元）的刚度是均匀退化的，直到达到退化最大值Dmax。输出变量SDEG包括D的值。 一维应力状态的单元

一维应力状态的单元（桁架单元，螺纹，垫片作用的粘性单元）在张力的作用下，他们唯一的应力分量将会退化。在压缩载荷的作用下，材料刚度保持不变。所以应力定义为

??(1?Duni)?式中单轴损伤变量按下式计算：

?

在此情况下，Dmax决定了在单轴张力作用下允许退化的最大值。输出变量SDEG包括Duni的值。

带有螺纹的损伤模型的使用

使用包含螺纹定义的材料损伤模型是可以的。贡献于单元应力承载能力的基础材料按照本节前面所述行为衰减。贡献于单元应力承载能力的螺纹单元不会受到影响，除非定义的螺纹材料也发生了损伤。在这种情况下，贡献于单元应力承载能力的螺纹单元刚度在达到螺纹损伤开始准则后也衰减。对于默认的单元移除，当基础材料和螺纹截面的任何集中位置的刚度完全衰减时，单元从网格中移除。 单元

Abaqus/Explicit中塑性金属材料的损伤演化模型可以应用于所有与塑性金属损伤初始准则一起使用的单元。（“Damage initiation for ductile metals,”Section19.2.2)

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第19章 累积损伤与失效

输出

除了Abaqus/Explicit中标准的可用有效输出，下面的变量在损伤演化定义中有特殊的含义：

STATUS 单元状态（如果单元是激活状态则单元状态为1.0,0.0表示不激活） SDEG 整体刚度退化量 其他参考

?Hillerborg, A., M. Modeer, and P. E. Petersson, “Analysis of Crack Formation and Crack Growth in Concrete by Means of Fracture Mechanics and Finite Elements,” Cement and Concrete Research,vol. 6, pp. 773–782, 1976.

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第19章 累积损伤与失效

19.3 纤维增强复合材料的损伤与失效

? 纤维增强复合材料的损伤与失效：概论 19.3.1节 ? 纤维增强复合材料的损伤初始准则 19.3.2节 ? 纤维增强复合材料的损伤演化规律与单元移除 19.3.3节

19.3.1纤维增强复合材料的损伤与失效：概论

产品：Abaqus/Standard Abaqus/Explicit Abaqus/CAE 参考：

? “Progressive damage and failure,” Section 19.1.1

? “Damage initiation for?ber-reinforced composites,” Section 19.3.2 ? “Damage evolution and element removal for?ber-reinforced ? composites,” Section 19.3.3 ? *DAMAGE INITIATION ? *DAMAGE EVOLUTION ? *DAMAGE STABILIZATION

? “Hashin damage” in “De?ning damage,” Section 12.8.3 of the

Abaqus/CAE User’s Manual, in the online HTML version of this manual 概论

Abaqus提供一种损伤模型用于预测带有各向异性行为的弹-脆性材料的损伤产生与演化规律。这个模型因为通常表现出的这种行为，主要目的是与纤维增强材料一起使用。

此损伤模型要求以下定义：

? 未损伤时的材料属性必须是线弹性的（参照“线弹性行为”,第17.2.1节） ? 损伤初始产生准则（参照19.1.1节“累积损伤与失效”和19.3.2节“纤维

增强复合材料的损伤初始阶段”）

? 损伤演化规律，包括单元的选择性移除（参照19.1.1节“累积损伤与失效”

和19.3.3节“纤维增强复合材料的损伤演化与单元移除”）

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