Abaqus中复合材料的累积损伤与失效
Abaqus中复合材料的累积损伤与失效
纤维增强材料的累积损伤与失效：Abaqus拥有纤维增强材料的各向异性损伤的建模功能（纤维增强材料的损伤与失效概论，19.3.1节）。
假设未损伤材料为线弹性材料。
因为该材料在损伤的初始阶段没有大量的塑性变形，所以用来预测纤维增强材料的损伤行为。
Hashin标准最开始用来预测损伤的产生，而损伤演化规律基于损伤过程和线性材料软化过程中的能量耗散理论。
另外，Abaqus也提供混凝土损伤模型，动态失效模型和在粘着单元以及连接单元中进行损伤与失效建模的专业功能。
本章节给出了累积损伤与失效的概论和损伤产生与演变规律的概念简介，并且仅限于塑性金属材料和纤维增强材料的损伤模型。
损伤与失效模型的通用框架Abaqus提供材料失效模型的通用建模框架，其中允许同一种的材料应用多种失效机制。
材料失效就是由材料刚度的逐渐减弱而引起的材料承担载荷的能力完全丧失。
刚度逐渐减弱的过程采用损伤力学建模。
为了更好的了解Abaqus中失效建模的功能，考虑简单拉伸测试中的典型金属样品的变形。
如图19.1.1-1中所示，应力应变图显示出明确的划分阶段。
材料变形的初始阶段是线弹性变形（a-b段），之后随着应变的加强，材料进入塑性屈服阶段（b-c段）。
超过c点后，材料的承载能力显著下降直到断裂（c-d段）。
最后阶段的变形仅发生在样品变窄的区域。
C点表明材料损伤的开始，也被称为损伤开始的标准。
超过这一点之后，应力-应变曲线（c-d）由局部变形区域刚度减弱进展决定。
根据损伤力学可知，曲线c-d可以看成曲线c-d‘的衰减，曲线c-d‘是在没有损伤的情况下，材料应该遵循的应力-应变规律曲线。
图19.1.1-1 金属样品典型的轴向应力-应变曲线因此，在Abaqus中失效机制的详细说明里包括四个明显的部分：●材料无损伤阶段的定义（如图19.1.1-1中曲线a-b-c-d‘）●损伤开始的标准（如图19.1.1-1中c点）●损伤发展演变的规律（如图19.1.1-1中曲线c-d）●单元的选择性删除，因为一旦材料的刚度完全减退就会有单元从计算中移除（如图19.1.1-1中的d点）。
abaqus复合材料失效子程序
abaqus复合材料失效子程序摘要：一、引言1.复合材料的概念和应用背景2.abaqus 软件在复合材料失效分析中的重要性二、abaqus 复合材料失效子程序介绍1.子程序的定义和功能2.子程序的输入和输出参数3.子程序在abaqus 中的调用方法三、abaqus 复合材料失效子程序的使用方法1.材料属性的设置2.边界条件和加载条件的设定3.求解器和求解设置4.后处理工具在失效分析中的应用四、abaqus 复合材料失效子程序在实际工程中的应用1.应用案例一：复合材料梁的失效分析2.应用案例二：复合材料壳体的失效分析3.应用案例三：复合材料连接件的失效分析五、结论1.abaqus 复合材料失效子程序的优势和局限性2.未来发展趋势和前景正文：一、引言随着科技的发展，复合材料在航空航天、汽车制造、建筑结构等领域的应用越来越广泛。
复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，但同时也存在着材料失效问题。
为了确保复合材料结构的安全性能，失效分析显得尤为重要。
abaqus 是一款强大的有限元分析软件，可以对复合材料进行失效分析。
本文将详细介绍abaqus 复合材料失效子程序的使用方法和应用案例。
二、abaqus 复合材料失效子程序介绍abaqus 复合材料失效子程序是基于abaqus 软件开发的，用于分析复合材料在各种工况下的失效行为。
该子程序集成了多种失效准则，可以分析包括纤维断裂、基体开裂、分层等在内的复合材料失效模式。
用户可以通过该子程序得到复合材料失效时的应力、应变、能量等数据，为结构设计提供依据。
三、abaqus 复合材料失效子程序的使用方法1.材料属性的设置：首先需要定义复合材料的各向异性属性，包括纤维和基体的弹性模量、泊松比、密度等。
2.边界条件和加载条件的设定：根据实际工况设置边界位移、固定约束、加载条件等。
3.求解器和求解设置：选择合适的求解器和求解设置，确保求解过程稳定且收敛。
4.后处理工具在失效分析中的应用：通过abaqus 的后处理工具，可以直观地观察到复合材料失效过程的应力、应变分布，以及失效模式。
基于ABAQUS的复合材料结构渐进损伤方法研究_丁京龙
基于ABAQUS的复合材料结构渐进损伤方法研究丁京龙张建宇费斌军（北京航空航天大学航空科学与工程学院，100191）摘要复合材料在航空领域应用广泛,随着复合材料整体成型工艺的发展，整体化复合材料结构在飞机上的应用日益增多。
基于有限元软件ABAQUS，利用子程序来实现复合材料结构的渐进损伤过程,对工程上研究复合材料结构的损伤过程、传载路径、损伤机理以及进一步优化产品设计等有重要意义。
关键词：复合材料结构，渐进损伤，ABAQUS一、引言在飞机结构设计中，为提高结构效率，结构的整体性能始终是设计者追求的目标[1]。
随着复合材料整体成型工艺的发展，整体化复合材料结构在飞机上的应用日益增多。
整体化结构的关键点在于保证连接结构传载路线的连续性和结构受力布局的完整性。
利用有限元软件ABAQUS中的用户子程序来实现复合材料结构的渐进损伤过程，可以灵活地将已有的渐进损伤理论进行对比和改进，综合考虑实际影响因素，得到复合材料结构的渐进损伤过程，为分析复合材料结构的传载路径、破坏机理等提供了途径。
二、复合材料结构渐进损伤方法2.1 基于ABAQUS的渐进损伤方法纤维增强复合材料结构在加载过程中，某一铺层发生失效时仍可以继续承载，当更多铺层相继发生失效时，结构才会发生破坏。
渐进损伤方法是采用降低的材料模量来模拟这种损伤后的材料失效行为。
整个过程可以分为应力分析、失效判断和材料退化三个部分[2]。
利用有限元软件ABAQUS建立纤维增强复合材料结构的有限元模型，用子程序实现材料失效判断和材料退化，进行渐进损伤分析。
基于ABAQUS的复合材料结构渐进损伤过程如图1所示。
图1 渐进损伤方法流程图2.2 渐进损伤方法在分析复合材料π胶接接头中的应用本文对复合材料π胶接接头的拉伸渐进损伤过程进行了模拟，有限元模型如图2所示。
采用位移加载的形式，加载过程中位移载荷曲线如图3所示。
浅色部分表示π胶接接头的失效部位，可以看出π胶接接头的初始损伤发生在接头拐角处外侧铺层，然后由拐角处外侧铺层通过填料逐步向内部铺层扩展，随着损伤范围的逐渐扩大最终导致π胶接接头失效，π胶接接头的失效过程如图4所示。
abaqus复合材料材料损伤准则
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abaqus损伤准则总结
損傷失效模型簡介■ ABAQUS提供的金屬損傷失效模理♦离應變率玻壊Shear failuretensile failure♦礼傥成核、戎長與合徉之破壤Ductile damageJohn-Cook (J-C) damage♦剪力帶破壞Shear damage♦飯金成型破壞Forming limit diagram (FLD) damageForming limit stress d agram (FLSD) darrageMarciniak-Kuczynski (M-K) damage Muschenbom・Sonne forming limitdiagram (MSFLD) damageABAQUS中有四种初始断裂准则：在高应变速率下变形时，有shear failure和tensile failure (旋爪川不到，不再介绍)对于断裂延性金属：可以选用A:韧性准则(ductile criteria)和B:明切准则(shearcriteria)对于缩颈不稳定性可以使用(锻金)：C:FLD、FLSD、M・K以及MSFLD对于铝合金、镁合金以及岛强钢在变形过程中会出现不同机制的断裂，可能会将以上准则联合起来进行使用。
损伤的感念如下图所示:Ductile damage概念說明卑軸向拉仲试驗之真賞應力禺變的绿1・韧性断裂准则中提供的韧性断裂准则需要输入的参数为:1.1 ABAQUS断裂应变；应力三轴度；应变速率要测量不同应力三轴度下的断裂应变需要进行大量的实验，这是不可取的。
Hooputia et汶2004通过实验和理论推导得到了在定应变速率下，断裂应变和应力三轴度的关系：才 sinh[Mi（7? 对]+ 巧sinh[A\）（?7 “1）]sinh[fco（T|- - 帀+）]公式中：：应力三轴度。
即平均应力和屈服应力的比值;为等双轴拉伸时的应力三：等双轴拉伸时，断裂时的等效塑性应变，轴度，其值为2/3；为等双轴圧缩时的应：等双轴圧缩时，断裂时的等效塑性应变，力三轴度，其值为・2/3：因此，为了得到断裂时等效塑性应变和应力三轴度的关系，只需要求出和参数三个参数即可。
abaqus复合材料失效子程序
abaqus复合材料失效子程序摘要：1.复合材料失效子程序概述2.复合材料失效机制3.abaqus中复合材料失效子程序的编写4.应用案例及分析5.总结与展望正文：一、复合材料失效子程序概述复合材料因其优异的力学性能、轻质和高耐疲劳性等特点在各个领域得到了广泛应用。
然而，复合材料的失效分析一直是工程界面临的挑战。
为了更好地预测复合材料的失效行为，本文将介绍如何编写abaqus复合材料失效子程序。
二、复合材料失效机制复合材料的失效机制主要包括以下几点：1.纤维断裂：当复合材料中的纤维承受超过其拉伸强度或剪切强度时，纤维将发生断裂。
2.基体开裂：基体材料在受到外部载荷作用时，可能发生开裂，导致复合材料失效。
3.界面失效：当复合材料中的纤维与基体间的界面结合力不足以承受外部载荷时，界面发生失效。
4.宏观破裂：复合材料在受到外部载荷作用时，可能发生宏观破裂，导致整体失效。
三、abaqus中复合材料失效子程序的编写在abaqus中，可以通过编写复合材料失效子程序来实现对复合材料失效行为的模拟。
具体步骤如下：1.定义材料属性：根据复合材料的组成及性能，定义纤维、基体和界面的材料属性。
2.创建模型：建立复合材料的有限元模型，包括几何形状、边界条件和载荷。
3.编写失效子程序：根据复合材料的失效机制，编写相应的失效子程序。
例如，可以采用用户自定义的应力或应变作为失效判据。
4.求解：应用abaqus求解器，对复合材料模型进行求解。
5.后处理：分析失效模式、失效位置及失效原因。
四、应用案例及分析以下为一个复合材料梁的失效分析案例：1.建立模型：创建一个复合材料梁模型，考虑边界条件及外部载荷。
2.定义材料属性：设置纤维、基体和界面的材料属性。
3.编写失效子程序：根据实验数据，设置失效判据为纤维拉伸强度。
4.求解：对模型进行求解，得到失效模式及失效位置。
5.分析：分析失效原因，发现纤维强度不足是导致失效的主要原因。
五、总结与展望通过编写abaqus复合材料失效子程序，可以有效地预测复合材料的失效行为。
Abaqus损伤总结
Abaqus损伤总结初始损伤初始损伤对应于材料开始退化，当应力或应变满足于定义的初始临界损伤准则，则此时退化开始。
Abaqus 的Damage for traction separation laws 中包括：Quade Damage、Maxe Damage、Quads Damage、Maxs Damage、Maxpe Damage、Maxps Damage 六种初始损伤准则，其中前四种用于一般复合材料分层模拟，后两种主要是在扩展有限元法模拟不连续体（比如crack 问题）问题时使用。
前四种对应于界面单元的含义如下：Maxe Damage 最大名义应变准则：Maxs Damage 最大名义应力准则：Quads Damage 二次名义应变准则：Quade Damage 二次名义应力准则：其中σ1 层间正应力σ2 σ3 层间剪应力对应的分别是有实验测的极限正应力第一二剪应力ε1 层间正应变ε2 ε3 层间剪应变对应的分别是有实验测的极限正应变第一二剪应变1、三维空间中任一点应力有6个分量，在ABAQUS中分别对应S11，S22，S33，S12，S13，S23。
2、一般情况下，通过该点的任意截面上有正应力及其剪应力作用。
但有一些特殊截面，在这些截面上仅有正应力作用，而无剪应力作用。
称这些无剪应力作用的面为主截面，其上的正应力为主应力，主截面的法线叫主轴，主截面为互相正交。
主应力分别以表示，按代数值排列（有正负号）为。
其中在ABAQUS中分别对应Max. Principal、Mid. Principal、Min. Principal，这三个量在任何坐标系统下都是不变量。
在ABAQUS中对应变的部分理解1、E—总应变；Eij—应变分量2、EP---主应变；EPn----分为Minimum, intermediate, and maximum principal strains (EP1 EP2 EP3)3、NE----名义应变；NEP---主名义应变；4、LE----真应变（或对数应变）；LEij---真应变分量；LEP---主真应变；5、EE—弹性应变；6、IE---非弹性应变分量；7、PE---塑性应变分量；8、PEEQ---等效塑性应变---在塑性分析中若该值〉0，表示材料已经屈服；描述整个变形过程中塑性应变的累积结果；若单调加载则PEEQ=PEMAG ；9、PEMAG----塑性应变量（幅值Manitude）---描述变形过程中某一时刻的塑性应变，与加载历史无关；10、THE---热应变分量；损伤曲线如果是玻璃这种脆性材料，那肯定是线性下降，如果是金属等塑性很好的材料，肯定是抛物线下降。
基于Abaqus的复合材料板冲击特性分析
基于Abaqus的复合材料板冲击特性分析作者：朱东俊葛亮刘莹叶亚龙来源：《计算机辅助工程》2013年第05期摘要：基于Hashin准则，用Abaqus建立玻璃纤维/环氧树脂复合材料板的冲击仿真计算模型，分析材料在不同冲击能量、冲击质量与冲击速度影响下的初始损伤和损伤演化特性.通过对比发现仿真计算结果与试验结果吻合较好，表明该仿真计算模型对此材料的冲击预测有效.关键词：复合材料；冲击；损伤； Abaqus中图分类号： V214.8； TB332文献标志码： B0引言复合材料因具有比强度高、比刚度高和可设计性等特点，在许多重要的工程结构中得到广泛应用，其中，复合材料层合板是常用于机身的典型结构.复合材料常以板壳形式存在于结构件中，很容易受到垂直于板面的载荷作用，冲击载荷就属于这类载荷.冲击对复合材料层合板造成的损伤会使结构的力学性能退化，严重威胁飞机机体的安全.因此，对复合材料的冲击特性进行研究显得尤为重要.早期复合材料冲击特性研究大多集中于低速冲击分析，国内外学者均对此进行大量的试验和数值研究工作.CHOI等[1]通过试验研究层合板受冲击时基体开裂与分层之间的关系，认为基体裂纹是层合板受冲击后的初始损伤形式，外层的基体裂纹主要是由弯曲作用产生的；HOSSEINZADEH等[2]等对几种纤维增强复合材料进行冲击试验，观察其冲击损伤面积和形状，并对试验模型运用LSDYNA进行仿真模拟；MOURA等[3]进行碳/环氧层合板的低速冲击试验，研究发现，层合板在低速冲击下的主要损伤形式为分层和横向裂纹；BOSTAPH等[4]在层合板低速冲击分层问题研究中估算其分层扩展，并对其损伤模型进行数值模拟，探究其低速冲击特性；WU等[5]在层合板冲击问题的研究中建立冲击模型，模拟局部分层形状，研究其冲击特性；KARAKUZU等[6]进行玻璃纤维/环氧树脂复合材料的冲击试验，观察在不同冲击能量、质量和速度下复合材料板的冲击损伤特性，并建立三维模型进行相关数值模拟；宁荣昌[7]对复合材料冲击损伤问题从冲击损伤、试验技术等方面展开简要论述，并对其冲击特性问题研究现状进行介绍、归纳；张彦等[8]对复合材料在横向低速冲击作用下的损伤和变形机理进行研究，并提出一个可靠的数值计算模型.本文运用Abaqus软件[9]展开分析，建立复合材料冲击模型，并对冲击模型的有效性进行验证，预测复合材料在冲击载荷下的损伤等特性.1模型失效准则对复合材料冲击特性研究，关键是对模型损伤失效分析.目前，对于复合材料的损伤失效分析，无论是在试验，还是理论研究，都不够充分，使其研究应用受到一定的限制.在实际结构中，层合板是复合材料结构的基础，而单层板又是层合板的基础，因此，复合材料单层板的失效预测和损伤规律的研究工作，对复合材料的冲击特性研究分析具有重要意义.单层板的常用破坏准则主要有5种：最大应力理论、最大应变理论、TsaiHill准则、Hoffman准则和TsaiWu张量准则[10]等.各种破坏准则都是利用单向板纤维复合材料在不同载荷下的强度得到的，这些理论单纯认为只要应力满足条件，单层板就会立即破坏，破坏前没有任何损伤发生.实际上，单层板的失效是损伤演化过程，当应力满足一定条件时发生损伤，应力继续增加，损伤不断扩展，当载荷达到极限时，单层板破坏.[11]由1层铺层（单向板）或几层材料与铺设角均相同的铺层黏结而成的层合板均称为单层板，对于单层板的失效，忽略其层间应力的影响，采用二维Hashin准则对单层板拉伸过程进行损伤判定.二维Hashin准则表示如下：2模型建立2.1有限元冲击模型参照KARAKUZU等[6]的试验数据，层合板尺寸为76.2 mm×76.2 mm，单层板厚度为0.36 mm，共8层，铺层方式为[0/30°/60°/90°]s，层合板材料参数见表1.表 1复合材料参数ρ/（g/cm3）1.83E11/GPa40.51E22/GPa13.96G12/GPa3.10ν120.22δ12/MPa69.00δt，x/MPa783.30δc，x/MPa298.00δt，y/MPa64.00δc，y/MPa124.00δ1/MPa38.00采用大型有限元软件Abaqus对复合材料层合板进行冲击模拟分析.由于该复合材料板的宽薄比大于10，属于薄壁结构，因此在Abaqus中使用壳单元模拟描述，不仅可以节省计算成本，而且可获得高准确度的结果.冲击中心区域网格变形较为剧烈，为提高计算精度，在网格划分阶段对冲击中心区域网格进行细化处理，然后依次过渡网格尺寸到边界区域，可以在保证网格质量的同时减少计算时间.冲击密化区域的层合板网格尺寸为1 mm×1 mm×1 mm.层合板边界设置参照试验，四周边界采用绞支约束，即只限制四边的3方向位移，不约束四边的旋转自由度.冲头模型为12.7 mm的钢质半球形冲头.由于在冲击过程中不需要考虑冲头的变形，冲头的单元类型取二维解析刚性体.通过在冲头上设置参考点并施加点质量，然后在点质量上施加速率，即根据公式E=mv2/2将冲击能量施加于冲头上.参照试验，分别考虑在相同的冲击能量、相同的冲击质量和相同的冲击速度下的试验影响.对于相同的冲击物质量和冲击能量，进行9个主要试验，每个试验重复3次，以确保试验数据的可靠性.冲击速度的值取决于冲击质量和能量，本文选取几种典型冲击工况进行模拟分析，其冲击速度数值参见表2.在冲击过程中，冲头与复合材料板之间是硬接触，会引起接触单元失效，故采用普通硬接触算法.模型采用二维Hashin失效准则，冲击模型见图1.表 2典型试验工况下冲击速度冲击能量/J相同冲击速度（2 m/s）通过对表2中的几种典型冲击工况进行模拟，得到其冲击过程中典型时刻复合材料层合板的von Mises应力分布，见图2.可知，在冲击作用下，应力波在复合材料层合板中，从冲击中心区域分别沿平板表面方向与垂直于平板表面的方向传递.由于在计算初始时刻定义材料的失效模式，因此，当单元中的应力超过其极限值，单元就会发生失效破坏.对0铺层分析，其纤维铺层von Mises应力分布见图3.可知，在0方向的纤维铺层中，von Mises应力等值线大致呈现“花生”形状分布，而国内外大量复合材料冲击试验研究所得到的表面损伤结果均呈此形状[12].同时从KARAKUZU试验所得的分层损伤试验结果看，这一结论也得到验证，从而证明本文所建立的数值模型的有效性和合理性.为进一步验证本文所采用的数值计算方法的有效性和准确性，将本文的冲击力计算结果分别与KARAKUZU等[6]的试验结果及其进行的三维数值模拟结果进行对比分析，见图4.由图4可知，在复合材料层合板的低速冲击过程中，冲击力的时间历程一般可分为2个阶段：一个是冲压阶段，此阶段冲击力不断增加，最终达到冲击力峰值点；另一个是反弹阶段，此阶段冲击物开始反弹，并逐渐脱离复合材料层合板，冲击力逐渐衰减，直至冲击物完全脱离平板表面而降为0.可以观察到，在冲压阶段，本文的数值模拟结果与试验结果契合度良好，并且所得到的冲击力峰值与试验结果也有较好的吻合度，与KARAKUZU等的三维数值模拟结果相比，更接近于试验值，也说明模型能够良好地描述冲击损伤初始阶段，从而进一步验证本文所建立的复合材料层合板冲击过程数值模型的有效性和准确性.在反弹阶段，本文的数值计算结果与试验结果相比略有差异；进入冲击损伤演化阶段，材料出现刚度退化并导致失效.在本文的计算结果中，冲击接触时间更长，冲击过程稍显滞后，导致达到冲击力峰值点时对应的时刻与试验值相比稍显滞后.从计算结果与试验结果的对比看，本文所建立冲击模型的计算结果仍是准确、可靠的.4结论（1）本文基于Hashin失效准则建立复合材料板冲击模型，相比于KARAKUZU等的三维模型，在模拟复合材料板冲击过程中，无论是在冲击损伤初始阶段，还是冲击力峰值，均与试验情况吻合良好，验证冲击模型的可靠性.（2）现有的冲击损伤失效理论都还不够完备，在复合材料冲击损伤演化阶段，要实现对复合材料模型的精确描述更是相当困难，因此在数值计算中，本文和KARAKUZU等建立的数值模拟均与试验结果有所差异，不过依然可以对复合材料板的冲击特性进行有效预测.（3）运用Abaqus软件进行复合材料板的冲击特性模拟过程中，对Hashin准则进行修正、改进，有望利用本文建立的冲击模型获得更加良好的模拟效果.参考文献：[1]CHOI H Y， WU H Y T， CHANG F K. A new approach toward understanding damage mechanisms and mechanics of laminated composites due to lowvelocity impact： Part II： analysis[J]. J Composite Mat， 1991， 25（8）： 10121038.[2]HOSSEINZADEH R， SHOKRIEH M M， LESSARD L. Damage behavior of fiber reinforced composite plates subjected to drop weight impacts[J]. Composites Sci & Technol， 2006，66（1）： 6168.[3]de MOURA M， MARQUES A T. Prediction of low velocity impact damage in carbon：epoxy laminates[J]. Composites Part A： Appl Sci & Manufacturing， 2002， 33（3）： 361368.[4]BOSTAPH G M， ELBER W. A fracture mechanics analysis for delamination growth during impact on composite plates[C]//Proc Symp Composites. Boston， 1983.[5]WU H Y T， SPRINGER G S. Impact induced stresses， strains， and delaminations in composite plates[J]. J Composite Mat， 1988， 22（6）： 533560.[6]KARAKUZU R， ERBIL E， AKTAS M. Impact characterization of glass/epoxy composite plates： an experimental and numerical study[J]. Composites Part B： Eng， 2010， 41（5）：388395.[7]宁荣昌. 复合材料冲击损伤问题的研究现状[J]. 玻璃钢/复合材料， 1992（6）： 3540.[8]张彦，朱平，来新民，等. 低速冲击作用下碳纤维复合材料铺层板的损伤分析[J]. 复合材料学报， 2006， 23（2）： 150157.[9]庄茁，由小川，廖剑晖，等. 基于Abaqus的有限元分析和应用[M]. 北京：清华大学出版社， 2009.[10]张少实，庄茁. 复合材料与黏弹性力学[M]. 北京：机械工业出版社， 2005.[11]SUN C T， TAO J. Prediction of failure envelopes and stress/strain behaviour of composite laminates[J]. Composites Sci & Technol， 1998， 58（7）： 11251136.[12]张彦中，宁荣昌. CFRP层板的落重冲击分层损伤研究[J]. 航空材料学报， 1996， 16（2）： 5761.（编辑陈锋杰）第22卷增刊22013年10月计算机辅助工程Computer Aided EngineeringVol.22 Suppl.2Oct. 2013。
abaqus复合材料
abaqus复合材料Abaqus复合材料。
Abaqus是一款强大的有限元分析软件，广泛应用于工程领域的结构分析、材料仿真等方面。
在复合材料领域，Abaqus更是被广泛使用，因为它能够准确地模拟复合材料的力学行为，为工程师提供重要的设计和优化信息。
复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等特点，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶、建筑等领域。
Abaqus在复合材料的分析中发挥着重要作用，下面将介绍Abaqus在复合材料分析中的应用。
首先，Abaqus可以准确地模拟复合材料的各向异性特性。
复合材料的各向异性是指材料在不同方向上具有不同的力学性能，这对于工程设计来说是非常重要的。
Abaqus可以通过定义合适的材料模型和参数来准确地描述复合材料的各向异性特性，从而为工程师提供可靠的仿真结果。
其次，Abaqus能够模拟复合材料的损伤和破坏行为。
复合材料在使用过程中会受到各种外部载荷的作用，可能会发生损伤和破坏。
Abaqus可以通过使用适当的本构模型和损伤模型来模拟复合材料的损伤和破坏行为，帮助工程师预测材料的寿命和安全性能。
此外，Abaqus还可以进行复合材料的结构优化设计。
复合材料的结构设计需要考虑材料的各向异性、损伤和破坏行为等因素，这对工程师来说是一个复杂的问题。
Abaqus可以通过结合有限元分析和优化算法，帮助工程师进行复合材料结构的优化设计，提高材料的性能和效率。
总之，Abaqus在复合材料分析中具有重要的应用价值。
它可以准确地模拟复合材料的各向异性特性，损伤和破坏行为，以及进行结构优化设计，为工程师提供重要的设计和优化信息。
相信随着Abaqus软件的不断发展和完善，它在复合材料领域的应用将会更加广泛，为工程设计和科研工作带来更多的便利和帮助。
abaqus复合材料失效准则
abaqus复合材料失效准则
Abaqus是一种广泛使用的有限元分析软件，可以用于模拟复合材料的失效行为。
复合材料是由两个或多个不同的材料组成，具有优异的力学性能和轻量化特性。
然而，复合材料的失效机理比单一材料更为复杂，因此需要特殊的失效准则来预测其失效行为。
在Abaqus中，有多种失效准则可供选择，包括最大应力准则、最大应变准则、Tsunami准则、Hashin准则等。
这些准则基于不同的假设和理论，可以适用于不同类型的复合材料失效分析。
最大应力准则假设复合材料失效是由于拉伸或压缩中最高的应
力超过了材料的强度极限而产生的。
最大应变准则假设复合材料失效是由于材料中最高应变超过了其断裂应变而产生的。
Tsunami准则基于材料的能量吸收能力，预测复合材料在压缩和拉伸下的失效行为。
Hashin准则是一种基于材料损伤累积的模型，将复合材料视为一个由各向同性材料和各向异性材料组成的复合材料。
选择恰当的失效准则可以更准确地预测复合材料的失效行为，提高产品设计和制造的效率和质量。
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ABAQUS中的损伤模型
本周主要是研究了ABAQU S中自带的损伤模型。
关于弹塑性力学的内容，感觉再看下去会跑偏，故先回归损伤力学。
主要阅读ABA QUS用户帮助手册及一些用ABAQUS建立损伤模型的相关文献。
[1]AbaqusAnalysi s User’s Manual[2]婴幼儿摇椅金属底座的破裂分析.2010AbaqusT aiwanUsers’ Confere n ce.[3]曹明,ABAQUS损伤塑性模型损伤因子计算方法研究.[4]Failure Modelin g of Titaniu m 6Al-4V and Aluminu m 2024-T3 With the Johnson-Cook Materia lModel另外，在Abaqus Example Problem s Manual中有考虑损伤的模拟薄板铝材在准静态荷载和动力荷载下的累进失效分析的操作范例，还没来得及看。
ABAQUS中包括延性金属损伤、服从Traction-Separati on法则的损伤、纤维增强复合物的损伤、弹性体损伤。
实际上对于混凝土还有塑性损伤模型，东南大学的曹明[3]对该模型有详尽描述。
在此仅讨论金属损伤模型。
对于损伤的主菜单，定义的是损伤的萌发模型，子选项为损伤的演化。
先来谈谈损伤的萌发模型。
1、损伤萌发模型延性金属损伤包括柔性损伤、J ohnson-Cook损伤、剪切损伤、FLD损伤、FLSD 损伤、M-K损伤、MSFLD损伤。
服从Traction-Separation法则的损伤是针对C ohesiv e Element（黏着单元），应该不适合厚钢板结构，不予考虑。
纤维增强复合物损伤不考虑。
弹性体损伤针对于类似橡胶类物质，不考虑。
对于延性金属损伤，剪切损伤模型用于预测剪切带局部化引起的损伤，FLD、FLSD、MSFLD、M-K损伤都是用于预测金属薄片成型引起的损伤，故现在只剩柔性损伤和Joh nson-Cook损伤符合厚钢板结构的损伤研究。
19.Abaqus累积损伤与失效解析
总结本章主要讲解累积损伤与失效的概论、塑性金属材料的累积损伤与失效和纤维增强复合材料的累积损伤与失效。
其中重点内容有：●塑性金属材料损伤萌生准则，包括有：塑性准则、Johnson-Cook准则、剪切准则、成形极限图准则、成形极限应力图准则、M-K准则和M-S成形极限图准则，其中M-K准则较难理解。
●塑性金属材料的演化规律，包括有：基于有效塑性位移的损伤演化规律和基于能量耗散理论的损伤演化规律。
●塑性金属材料失效后网格中单元的移除，其中壳单元的移除较难理解。
●纤维增强复合材料损伤萌生准则，包括有：纤维拉伸断裂、纤维压缩屈曲和扭结、基体拉伸断裂和基体压缩破碎。
●纤维增强复合材料损伤的演化，四种失效模式（纤维拉伸失效、纤维压缩失效、基体拉伸断裂失效和基体压缩破碎失效）均基于能量耗散理论，并对应不同的损伤变量，其中损伤变量的求解比较繁琐。
目录19 累积损伤与失效分析 (3)19.1累积损伤与失效概述 (3)19.1.1 累积损伤与失效 (3)19.2 金属塑性材料的损伤与失效 (6)19.2.1 金属塑性材料损伤与失效概论 (6)19.2.2 金属塑性材料损伤初始阶段 (8)19.2.3 塑性金属材料的损伤演化与单元的移除 (24)19.3 纤维增强复合材料的损伤与失效 (35)19.3.1纤维增强复合材料的损伤与失效：概论 (35)19.3.2 纤维增强复合材料的损伤初始产生 (38)19.3.3 损伤演化与纤维增强复合材料的单元去除 (41)19 累积损伤与失效分析19.1累积损伤与失效概述19.1.1 累积损伤与失效Abaqus提供了以下材料模型来预测累积损伤与失效：1）塑性金属材料的累积损伤与失效：Abaqus/Explicit拥有建立塑性金属材料的累积损伤与失效模型的功能。
此功能可以与the Mises, Johnson-Cook, Hill, 和Drucker-Prager等塑性材料本构模型一起使用（塑性材料的损伤与失效概论，19.2.1节）。
Abaqus常用损伤分析模型
Abaqus常用损伤分析模型内聚力模型准则cohesive element 中失效位移（能量）的计算是一个比较复杂的过程, 它反映材料在复杂应力状态下的断裂能量释放率。
在这个过程中, 通常用到两个重要的准则,指数准则与BK ( Benzeggagh-Kenane) 准则。
abaqus损伤变量计算dk：degradation中设置为multiplicative的损伤变量dj：degradation中设置为maximum的损伤变量损伤演化当定义了材料开始损伤的初始情况，而材料的最终失效是当材料的损伤值达到1的时候发生的。
这是就需要用户自己来定义材料的损伤演化了（damage evolution），具体定义材料损伤演化的方式较多，可以在damage的suboption中看到，一般的类型包括displacement与energy，如果是脆性材料，那肯定是线性下降，如果是金属等塑性很好的材料，肯定是抛物线下降。
直线、抛物线、正弦等这些模型是abaqus或者是断裂力学中用理论去接近实际裂纹扩展当材料的能量释放率超过材料自身的断裂能时，裂纹扩展，材料将发生呢个断裂。
Cohesive element一般的cohesive element，厚度为0，对于厚度为0的单元，实际上是不存在stress和strain这样的概念的，所以一般都是叫traction 和separation，但是Abaqus为了使这两个概念和stress和strain联系起来，就又引入了thickness这个概念，traction/thickness = stress, separation/thickness=strain,这样当你定义thickness-=1的时候，traction=stress，separation=strain，就容易理解一点，可以将材料试验里面的结果放进去。
对于0厚度单元的elastic 性质，理论上说，其Knn,Kss,Ktt都应该取无限大，但是取得太大，收敛就很困难，所以一般都将其当作一个罚因子。
ABAQUS-UMAT复合材料渐进失效分析-附子程序
INTRODUCTION
*Author to whom correspondence should be addressed. E-mail: huangzm@ Figure 12 appears in color in color online:
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Inelastic and Failure Analysis of Laminate Structures by ABAQUS Incorporated with
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1135
பைடு நூலகம் 1136
Z.-M. HUANG
Unfortunately, the nonlinear mechanical behavior of a composite is not well understood in the current literature. Recently, the present author proposed a general constitutive theory, the bridging model [3,4], for composites. By combining the bridging model with the classical lamination theory, a general constitutive relationship was established for any fibrous laminate, and was summarized in References [1,2]. A recently completed worldwide failure exercise [5–8] has indicated that the bridging model constitutive theory had two unique features. The first feature was that it was the only model in the exercise that could be used to calculate the thermal stresses in the fiber and matrix materials due to a thermal load (temperature variation) applied on the composite (see Reference [6], p. 450). The second feature lay in the fact that the model is consistent in that the laminate nonlinear constitutive equations automatically deteriorate to those of the isotropic matrix material when the fiber content becomes zero or when the fiber becomes the same as that of the matrix. It is noted that, the other nonlinear constitutive models used in the exercise [9–15] described the composite constitutive equations in a way somewhat similar to Hooke’s law. Namely, a shear stress would not cause an extensional strain whereas a normal stress had no contribution to a shear strain. According to a classical plasticity theory such as Prandtl–Reuss theory for isotropic materials, however, a normal (or shear) stress will generate a shear (or extensional) plastic strain if the material is subjected to a combination of the shear and normal stresses.
abaqus复合材料失效子程序
abaqus复合材料失效子程序（原创实用版）目录1.Abaqus 简介2.复合材料失效子程序的作用3.Abaqus 复合材料失效子程序的实施步骤4.Abaqus 复合材料失效子程序的应用案例5.总结正文一、Abaqus 简介Abaqus 是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，它提供了强大的分析功能和灵活的模型设计能力，帮助工程师们解决各种复杂的工程问题。
在 Abaqus 中，用户可以通过定义材料属性、几何模型、边界条件和求解参数等，完成对模型的搭建和求解。
二、复合材料失效子程序的作用在 Abaqus 中，复合材料失效子程序主要用于分析复合材料在受力过程中可能出现的失效模式，例如拉伸、压缩、弯曲和剪切等。
通过失效子程序，工程师们可以更好地了解复合材料的性能和寿命，从而为材料设计和结构优化提供理论依据。
三、Abaqus 复合材料失效子程序的实施步骤1.创建几何模型：首先，根据所需分析的结构特点，在 Abaqus 中创建相应的几何模型。
2.定义材料属性：选择适当的材料类型，并输入复合材料的各项性能参数，如弹性模量、泊松比、强度等。
3.设置边界条件和求解参数：根据实际工程需求，为模型设置合适的边界条件和求解参数，如固定约束、对称条件、求解算法等。
4.编写失效子程序：在 Abaqus 中创建失效子程序，用于判断复合材料在受力过程中是否发生失效。
失效子程序一般包括以下几个部分：（1）失效判据：根据复合材料的失效标准，编写相应的失效判据函数。
（2）损伤参数：定义损伤参数，用于描述复合材料的损伤程度。
（3）损伤函数：根据失效判据和损伤参数，编写损伤函数。
（4）失效检查：在求解过程中，通过调用失效子程序，检查复合材料是否发生失效。
5.运行求解：根据设置的边界条件和求解参数，运行 Abaqus 求解器，得到模型的应力和损伤情况。
6.后处理：对计算结果进行后处理，提取感兴趣的参数，如应力分布、损伤演化等。
四、Abaqus 复合材料失效子程序的应用案例Abaqus 复合材料失效子程序广泛应用于航空航天、汽车工程、能源等领域。
Abaqus损伤总结
Abaqus损伤总结初始损伤初始损伤对应于材料开始退化，当应力或应变满足于定义的初始临界损伤准则，则此时退化开始。
Abaqus 的Damage for traction separation laws 中包括：Quade Damage、Maxe Damage、Quads Damage、Maxs Damage、Maxpe Damage、Maxps Damage 六种初始损伤准则，其中前四种用于一般复合材料分层模拟，后两种主要是在扩展有限元法模拟不连续体（比如crack 问题）问题时使用。
前四种对应于界面单元的含义如下：Maxe Damage 最大名义应变准则：Maxs Damage 最大名义应力准则：Quads Damage 二次名义应变准则：Quade Damage 二次名义应力准则：其中σ1 层间正应力σ2 σ3 层间剪应力对应的分别是有实验测的极限正应力第一二剪应力ε1 层间正应变ε2 ε3 层间剪应变对应的分别是有实验测的极限正应变第一二剪应变1、三维空间中任一点应力有6个分量，在ABAQUS中分别对应S11，S22，S33，S12，S13，S23。
2、一般情况下，通过该点的任意截面上有正应力及其剪应力作用。
但有一些特殊截面，在这些截面上仅有正应力作用，而无剪应力作用。
称这些无剪应力作用的面为主截面，其上的正应力为主应力，主截面的法线叫主轴，主截面为互相正交。
主应力分别以表示，按代数值排列（有正负号）为。
其中在ABAQUS中分别对应Max. Principal、Mid. Principal、Min. Principal，这三个量在任何坐标系统下都是不变量。
在ABAQUS中对应变的部分理解1、E—总应变；Eij—应变分量2、EP---主应变；EPn----分为Minimum, intermediate, and maximum principal strains (EP1 EP2 EP3)3、NE----名义应变；NEP---主名义应变；4、LE----真应变（或对数应变）；LEij---真应变分量；LEP---主真应变；5、EE—弹性应变；6、IE---非弹性应变分量；7、PE---塑性应变分量；8、PEEQ---等效塑性应变---在塑性分析中若该值〉0，表示材料已经屈服；描述整个变形过程中塑性应变的累积结果；若单调加载则PEEQ=PEMAG ；9、PEMAG----塑性应变量（幅值Manitude）---描述变形过程中某一时刻的塑性应变，与加载历史无关；10、THE---热应变分量；损伤曲线如果是玻璃这种脆性材料，那肯定是线性下降，如果是金属等塑性很好的材料，肯定是抛物线下降。
Abaqus常用损伤分析模型
Abaqus常⽤损伤分析模型Abaqus常⽤损伤分析模型内聚⼒模型准则cohesive element 中失效位移（能量）的计算是⼀个⽐较复杂的过程, 它反映材料在复杂应⼒状态下的断裂能量释放率。
在这个过程中, 通常⽤到两个重要的准则,指数准则与BK ( Benzeggagh-Kenane) 准则。
abaqus损伤变量计算dk：degradation中设置为multiplicative的损伤变量dj：degradation中设置为maximum的损伤变量损伤演化当定义了材料开始损伤的初始情况，⽽材料的最终失效是当材料的损伤值达到1的时候发⽣的。
这是就需要⽤户⾃⼰来定义材料的损伤演化了（damage evolution），具体定义材料损伤演化的⽅式较多，可以在damage的suboption中看到，⼀般的类型包括displacement与energy，如果是脆性材料，那肯定是线性下降，如果是⾦属等塑性很好的材料，肯定是抛物线下降。
直线、抛物线、正弦等这些模型是abaqus或者是断裂⼒学中⽤理论去接近实际裂纹扩展当材料的能量释放率超过材料⾃⾝的断裂能时，裂纹扩展，材料将发⽣呢个断裂。
Cohesive element⼀般的cohesive element，厚度为0，对于厚度为0的单元，实际上是不存在stress和strain这样的概念的，所以⼀般都是叫traction 和separation，但是Abaqus为了使这两个概念和stress和strain联系起来，就⼜引⼊了thickness这个概念，traction/thickness = stress, separation/thickness=strain,这样当你定义thickness-=1的时候，traction=stress，separation=strain，就容易理解⼀点，可以将材料试验⾥⾯的结果放进去。
对于0厚度单元的elastic 性质，理论上说，其Knn,Kss,Ktt都应该取⽆限⼤，但是取得太⼤，收敛就很困难，所以⼀般都将其当作⼀个罚因⼦。
Abaqus中复合材料地累积损伤与失效
纤维增强材料的累积损伤与失效：Abaqus拥有纤维增强材料的各向异性损伤的建模功能（纤维增强材料的损伤与失效概论，19.3.1节）。
假设未损伤材料为线弹性材料。
因为该材料在损伤的初始阶段没有大量的塑性变形，所以用来预测纤维增强材料的损伤行为。
Hashin标准最开始用来预测损伤的产生，而损伤演化规律基于损伤过程和线性材料软化过程中的能量耗散理论。
另外，Abaqus也提供混凝土损伤模型，动态失效模型和在粘着单元以及连接单元中进行损伤与失效建模的专业功能。
本章节给出了累积损伤与失效的概论和损伤产生与演变规律的概念简介，并且仅限于塑性金属材料和纤维增强材料的损伤模型。
损伤与失效模型的通用框架Abaqus提供材料失效模型的通用建模框架，其中允许同一种的材料应用多种失效机制。
材料失效就是由材料刚度的逐渐减弱而引起的材料承担载荷的能力完全丧失。
刚度逐渐减弱的过程采用损伤力学建模。
为了更好的了解Abaqus中失效建模的功能，考虑简单拉伸测试中的典型金属样品的变形。
如图19.1.1-1中所示，应力应变图显示出明确的划分阶段。
材料变形的初始阶段是线弹性变形（a-b段），之后随着应变的加强，材料进入塑性屈服阶段（b-c段）。
超过c点后，材料的承载能力显著下降直到断裂（c-d段）。
最后阶段的变形仅发生在样品变窄的区域。
C点表明材料损伤的开始，也被称为损伤开始的标准。
超过这一点之后，应力-应变曲线（c-d）由局部变形区域刚度减弱进展决定。
根据损伤力学可知，曲线c-d可以看成曲线c-d‘的衰减，曲线c-d‘是在没有损伤的情况下，材料应该遵循的应力-应变规律曲线。
图19.1.1-1 金属样品典型的轴向应力-应变曲线因此，在Abaqus中失效机制的详细说明里包括四个明显的部分：●材料无损伤阶段的定义（如图19.1.1-1中曲线a-b-c-d‘）●损伤开始的标准（如图19.1.1-1中c点）●损伤发展演变的规律（如图19.1.1-1中曲线c-d）●单元的选择性删除，因为一旦材料的刚度完全减退就会有单元从计算中移除（如图19.1.1-1中的d点）。
abaqus帮助翻译--纤维强化复合材料的损伤演化和网格移动
纤维强化复合材料的损伤演化概述Abaqus中的纤维强化复合材料损伤演化能力：⏹假设损伤被定义为由于材料刚度的不断下降，而导致的材料破坏；⏹需要没有损坏的材料的线性弹性参数；⏹考虑以下四种不同的破坏模型：纤维拉力，纤维压力；矩阵拉力和矩阵压力；⏹用这些损伤变化来描述每个破坏模型的损伤；⏹必须和hashin的损伤初始条件一起用；⏹损伤过程是基于能量损耗的；⏹为破坏过程中出现的东西提供选项，包括网格移动；⏹可以跟粘性参数组成方程，来提高软化过程的收敛率。
损伤演化本章会讨论定义了损伤演化的模型，在初始损伤后的行为。
比损伤初始条件更重要的是，材料是线弹性的，并且有平面应力的刚性矩阵。
这样，材料的行为就可以用下式估算：这里的是应变，是损伤弹性矩阵，上式中, 表示前卫损伤的当前状态表示矩阵损伤的当前状态表示剪切损伤的当前状态, 是纤维方向的杨氏模量是矩阵方向的杨氏模量, 是剪切系数，和是泊松比.损伤变量, , 和来自于损伤变量, , , 和,与之前讨论过的破坏模型相一致，如:和是真实应力张量。
真实应力张量主要用来估计初始损伤准则。
每个模型的损伤变量的演变为了减少材料软化过程中的网格依赖性，abaqus在公式中引进了一个特征长度，这样本构关系就可以用应力-位移关系来描述。
每种破坏模型的损伤变量会如图所示的应力-位移行为进行演变。
应力-位移曲线中的上升部分，是在没有达到初始损伤标准之前，材料的线弹性行为；下降部分是达到了初始损伤准则后，根据下面所示的公式求得的各个损伤变量的演变。
相当应力-相当位移曲线每种损伤模型的相当应力和相当位移定义如下：光纤拉力:光线压力:矩阵拉力:矩阵压力:特征长度, 是基于网格几何和公式：对于一阶网格，它是穿过一个网格的线长度；对于二阶网格，它是闯过一个网格的线长度的一半。
对于膜和壳体，它是参考面的特征长度，是面积的平方根。
等式中的符号表示Macaulay bracketoperator,它被定义为每个，其中.初始损伤条件符合之后(比如, ) 如图所示, 特殊模型的损伤变量如下所示是当初始损伤条件符合时的初始相当位移，材料完全损伤后的位移。
复合材料层合板损伤失效模拟分析
复合材料层合板损伤失效模拟分析随着科技的不断发展，复合材料在现代社会中的应用越来越广泛。
其中，层合板作为一种具有优异性能的材料，被广泛应用于航空、航天、汽车等领域。
然而，层合板在服役过程中也存在着损伤失效的问题，对于其损伤失效的模拟分析方法进行研究具有重要意义。
关键词：复合材料、层合板、损伤失效、模拟分析复合材料层合板具有高强度、高刚度、耐腐蚀等优点，因此在各个领域得到了广泛的应用。
然而，其在服役过程中会受到各种载荷的作用，如应力、温度、化学环境等，容易导致损伤失效的问题。
在有些情况下，损伤失效可能引发重大安全事故，因此对复合材料层合板损伤失效的模拟分析方法进行研究，对于提高其服役性能和安全性具有重要意义。
内在因素：主要包括材料的制备工艺、微观结构和组成成分等。
这些因素会影响材料的力学性能和耐久性，如强度、刚度、韧性和耐腐蚀性等。
外部因素：主要包括服役过程中的各种载荷作用、环境条件和服役时间等。
这些因素会影响材料的应力状态和环境适应性，如拉伸、压缩、弯曲和耐高温性能等。
基于力学模型的模拟方法：根据材料的力学性能和外部载荷的作用，建立力学模型，如有限元模型、应力-应变模型等，对材料的损伤失效进行模拟和分析。
基于物理模型的模拟方法：根据材料的微观结构和组成成分，建立物理模型，如分子动力学模型、晶格动力学模型等，对材料的损伤失效进行模拟和分析。
基于经验模型的模拟方法：根据大量的实验数据和经验公式，建立经验模型，如响应面模型、神经网络模型等，对材料的损伤失效进行模拟和分析。
本文介绍了复合材料层合板损伤失效模拟分析的相关内容。
复合材料层合板在服役过程中会受到各种载荷的作用和环境条件的影响，容易导致损伤失效的问题。
为了有效预测和控制其损伤失效，需要建立合适的模拟分析方法。
目前，基于力学模型、物理模型和经验模型的模拟方法已被广泛应用于复合材料层合板的损伤失效模拟和分析中。
这些方法可用来研究材料的内在因素和外部因素对损伤失效的影响，从而为提高材料的服役性能和安全性提供指导。
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纤维增强材料的累积损伤与失效：Abaqus拥有纤维增强材料的各向异性损伤的建模功能（纤维增强材料的损伤与失效概论，19.3.1节）。
假设未损伤材料为线弹性材料。
因为该材料在损伤的初始阶段没有大量的塑性变形，所以用来预测纤维增强材料的损伤行为。
Hashin标准最开始用来预测损伤的产生，而损伤演化规律基于损伤过程和线性材料软化过程中的能量耗散理论。
另外，Abaqus也提供混凝土损伤模型，动态失效模型和在粘着单元以及连接单元中进行损伤与失效建模的专业功能。
本章节给出了累积损伤与失效的概论和损伤产生与演变规律的概念简介，并且仅限于塑性金属材料和纤维增强材料的损伤模型。
损伤与失效模型的通用框架Abaqus提供材料失效模型的通用建模框架，其中允许同一种的材料应用多种失效机制。
材料失效就是由材料刚度的逐渐减弱而引起的材料承担载荷的能力完全丧失。
刚度逐渐减弱的过程采用损伤力学建模。
为了更好的了解Abaqus中失效建模的功能，考虑简单拉伸测试中的典型金属样品的变形。
如图19.1.1-1中所示，应力应变图显示出明确的划分阶段。
材料变形的初始阶段是线弹性变形（a-b段），之后随着应变的加强，材料进入塑性屈服阶段（b-c段）。
超过c点后，材料的承载能力显著下降直到断裂（c-d段）。
最后阶段的变形仅发生在样品变窄的区域。
C点表明材料损伤的开始，也被称为损伤开始的标准。
超过这一点之后，应力-应变曲线（c-d）由局部变形区域刚度减弱进展决定。
根据损伤力学可知，曲线c-d可以看成曲线c-d‘的衰减，曲线c-d‘是在没有损伤的情况下，材料应该遵循的应力-应变规律曲线。
图19.1.1-1 金属样品典型的轴向应力-应变曲线因此，在Abaqus中失效机制的详细说明里包括四个明显的部分：●材料无损伤阶段的定义（如图19.1.1-1中曲线a-b-c-d‘）●损伤开始的标准（如图19.1.1-1中c点）●损伤发展演变的规律（如图19.1.1-1中曲线c-d）●单元的选择性删除，因为一旦材料的刚度完全减退就会有单元从计算中移除（如图19.1.1-1中的d点）。
关于这几部分的内容，我们会对金属塑性材料（金属塑性材料的损伤与失效概论，19.2.1节）和纤维增强材料（纤维增强符合材料的损伤与失效概论，19.3.1节）进行分开讨论。
网格依赖性在连续介质力学中，通常是根据应力-应变关系建立材料本构模型。
当材料表现出导致应变局部化的应变软化行为时，有限元分析的结果带有强烈的网格依赖性，能量的耗散程度取决于网格的精简程度。
在Abaqus中所有可使用损伤演化模型都使用减轻网格依赖性的公式。
这是通过在公式中引入特征长度来实现的，特征长度作为一个应力-位移关系可以表达本构关系中软化部分，它与单元尺寸有关系。
在此情况下，损伤过程中耗散的能量不是由每个单位体积衡量，而是由每个单位面积衡量。
这个能量值作为另外一个材料参数，用来计算材料发生完全损伤时的位移。
这是与材料断裂力学中临界能量释放率的概念一致的。
此公式确保了合适能量的耗散以及最大程度减轻网格的依赖。
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●“Damag e initiation for fiber-reinforced composites” Section 19.3.2●“Damage evolution and element removal fo r fiber-reinforced composites” Section19.3.3●*DAMAGE INITIATION●*DAMAGE EVOLUTION●*DAMAGE STABILIZATION●“Hashin damage” in “Defining damage,” Section 12.8.3 of the Abaqus/CAE User’sManual, in the online HTML version of this manual概论Abaqus具有为纤维增强复合材料的渐进损伤和破坏建模的能力。
它能预测各向异性弹-脆性材料的损伤产生与演化规律。
材料模型要求以下定义：●未损伤时的材料属性必须是线弹性的●损伤初始产生准则●损伤演化规律●单元选择性移除单向板的损伤基本概念损伤的特点是材料刚度的逐渐减小。
这在纤维增强复合材料的分析中有很重要的作用。
很多这样的材料表现出弹-脆性行为，也就是材料在小变形的情况下就开始发生损伤。
所以在建立此种材料的模型时，材料塑性被忽略。
假设纤维增强复合材料中的纤维是平行的，如图19.3.1-1所示。
我们必须在用户定义的局部坐标系中定义材料属性。
单向层位于1-2平面内，1方向表示纤维方向。
我们要用定义正交线弹性材料的方法来定义材料未损伤时的行为。
最简单的方法是定义平面应力的正交材料。
然而，材料行为也可以采用定义工程常数或直接定义弹性刚度矩阵的方法来定义。
图19.3.1-1 单向层Abaqus 支持的各向异性损伤模型基于Matzenmiller et. al(1995),Hashin and Rotem(1973),Hashin(1980),and Camanho and Davila(2002)的工作。
四种不同的失效模型：● 拉伸载荷作用下的纤维断裂● 压缩载荷下的纤维屈曲和扭结● 横向拉伸和剪切载荷下的基体断裂● 横向压缩和剪切载荷下的基体破碎在Abaqus 中，损伤萌生是由Hashin （1980）和Rotem （1973）提出的损伤初始准则来决定的，准则中的失效面是由有效应力空间来表示的（可以有效承受力载荷的面上的应力）。
这些准则的细节将在19.3.2节“纤维增强复合材料的损伤产生”中讨论。
材料的应力根据下式计算εσd C =，式中ε表示应变，d C 表示弹性矩阵并反映任何损伤，有以下形式：式中)1)(1(1m f d d D ---=2112νν，f d 反映当前纤维损伤状态，m d 反映当前基体损伤状态，s d 反映当前剪切损伤状态，1E 为纤维方向的杨氏模量，2E 为垂直于纤维方向上的杨氏模量，G 为剪切模量，2112,νν为泊松比。
决定损伤弹性矩阵的演化将在19.3.3节“纤维增强复合材料的损伤演化与单元移除”中详细介绍，19.3.3节还将介绍：● 处理严重损伤的选择（"最大变形与单元的选择性移除"在19.3.3节“纤维增强复合材料的损伤演化与单元移除”）● 粘滞阻力（在19.3.3节“纤维增强复合材料的损伤演化与单元移除"中的“粘滞阻力”） 单元纤维增强复合材料的损伤模型必须采用平面应力单元，包括平面应力单元、壳单元、连续壳单元和薄膜单元。
其他参考● Hashin, Z., and A. Rotem, “A Fatigue Criterion for Fiber -Reinforced Materials,”Journal of Composite Materials, vol. 7, pp. 448–464, 1973.● Hashin, Z., “Failure Criteria for Unidirectional Fiber Composites,” Journal ofApplied Mechanics,vol. 47, pp. 329–334, 1980.● Matzenmiller, A., J. Lubliner, and R. L. Taylor, “A Constitutive Model forAnisotropic Damage in Fiber-Composites,” Mechanics of Materials, vol. 20, pp. 125–152, 1995.● Camanho, P. P., and C. G. Davila, “Mixed -Mode Decohesion Finite Elements for theSimulation of Delamination in Composite Materials,” NASA/TM -2002–211737, pp. 1–37, 2002.19.3.2 纤维增强复合材料的损伤萌生产品：Abaqus/Standard Abaqus/Explicit Abaqus/CAE参考：●“Progressive damage and failure,” Section 19.1.1●“Damage evolution and element removal forfiber-reinforced composites,” Section19.3.3●*DAMAGE INITIATION●“Hashin damage” in “Defining damage,” Section 12.8.3 of the Abaqus/CAE User’sManual, in the online HTML version of this manual概论纤维增强材料的损伤建模功能：●要求材料未损伤时为线弹性（参考“线弹性行为”第17.2.1节）●基于Hashin的理论（Hashin和Rotem，1973，和Hashin,1980）●考虑四种不同的失效模型：纤维拉伸、纤维压缩、基体断裂和基体破碎●可以与19.3.3节“纤维增强复合材料的损伤演化与单元移除”中提到的损伤演化模型一起使用。
损伤萌生损伤萌生是在材料硬点退化开始。
在Abaqus中纤维增强复合材料的损伤萌生准则基于Hashin的理论。
这些准则考虑了四种不同的损伤萌生机制：纤维拉伸，纤维压缩，基体断裂和基体破碎。
损伤萌生准则有下面的一般形式：在上面的方程中X T表示纵向拉伸强度;X C表示纵向抗压强度;Y T表示横向拉伸强度;Y C表示横向抗压强度;S L表示纵向剪切强度;S T表示横向剪切强度;α 是一个系数用于决定剪应力对纤维拉伸损伤准则的影响；是有效应力张量ˆ 的分量，是用来评估萌生标准并按下式计算：上式中σ是名义应力，M是损伤矩阵：d f ，dm和d s是内部损伤变量分别代表纤维，基体和剪切损伤，这是由损伤变量d f t，d f c，d m t，d m c推导出的，用于对应先前所讨论的四个模式，如下：在任何损伤萌生和演化之前，损伤控制矩阵M为单位矩阵，因此。