【引用】關于 Ls-Dyna中材料失效準則的定義 (轉帖)

2016-11-15 by:CAE仿真在線來源:互聯網

關于dyna中材料失效準則的定義

有些材料類型中有關于失效準則的定義,但是也有些材料類型沒有失效準則的材料類型,這時需要額外的失效準則定義,與材料參數一塊定義材料特性。需要用到 *mat_add_erosion關鍵字,對于這個關鍵字有幾個需要注意的地方。

1、材料的通用性破壞準則:`

材料通常為拉破壞或者剪切破壞,靜水壓是以壓為正,拉為負,所以靜水壓破壞就是給出最小的承受壓力,當然需要小于0(即拉力),如果靜水壓小于該值,則材料破壞。相反,應力則是以壓為負,拉為正,故最大主應力或最大等效應力或最大剪應力破壞等等都是給出最大的應力極限,當然大于0,如果拉應力大于該值,則材料破壞,無論是 *MAT_ADD_EROSION,還是材料內部自帶的破壞準則還是其他軟件,都遵循以上準則。

注意:屈服不是失效。

2、單元失效模擬的功能與目的

單元刪除功能是為了克服有限元本身的缺陷而提出的一項方法,由于有限元本身是基于連續介質力學的,而在連續介質力學中,所研究的物體需要是連續的,既物質域在空間中連續。在這樣的理論假設框架下,單元本身是不會消失的。然而在實際情況下,由于損傷斷裂的存在,勢必會使得一些單元消失或者完全的失效,所以為了能夠模擬這種情況,DYNA 提供了單元失效功能。

破壞、失效、斷裂,都是工程性的概念,它表示在達到某一準則后,結構、構件、或者構件中的某一部分,從結構中退出工作,不再影響整體結構的受力。而從有限元概念上說,對上述機制的模擬,基本手段都是一樣的,就是當滿足某一指標(比如某個應變大小)后,將一個單元或者一個積分點的質量、剛度和應力、應變都設為零(或者非常接近與零),這樣它在整體結構計算中就不再發揮作用,進而實現了退出工作機制的模擬。所以,無論是把纖維模型中的某個纖維、或者分層殼模型中的某一層、或者實體模型中的某個積分點,或者結構中的某個單元,讓其不再參與整體結構計算,都可以達到模擬破壞退出工作的目的。而所謂單元生死技術,是上述基本概念在有限元程序中的一個“打包”應用。它除了讓單元不再參與計算外,一般還有一個重要的附加功能,就是對僅和“被殺死”單元相連的“孤島”節點,讓其自由度不再參與整體結構計算,以減少計算困難。而后來有限元程序的前后處理又不斷改進,可以做到在后處理里面“看不到”已殺死的單元,這樣就顯得更加真實。但正因為這些包裝,使得很多人反而忘記了所謂單元生死技術的基本概念。

所以,不要被單元生死嚇到,即便是有限元程序不提供“單元生死”功能,通過適當的設計單元質量、剛度和應力應變矩陣,也可以實現單元生死同樣的效果。至于構件的部分或局部破壞(諸如鋼筋的斷裂),更是有多種實現方法,使用者可以靈活掌握。

3、關于關鍵字參數

這個參數有兩行參數,第一行:MID(MID - 待失效的材料編號),excl(排除數字,任意假設);第二行:PFAIL(失效壓力),SIGPI(失效主應力),SIGVM(失效等效應力,一般指抗拉強度),EPSPI(失效主應變),EPSSH(失效剪應變),SIGTH(極限應力),IMPULSE(失效應力沖量),FAILTM(失效時間)。

其中excl為排除數字,這個數字可以任意定義,如果第二行某個參數和這個數據相同,那么該參數定義的失效準則就被忽略。(第二行可以定義很多準則)。不選用其它失效準則不能留空,必須要填排除數字。

關于 PFAIL 關鍵字的說明:此關鍵字表示物體的靜水壓破壞,即各個方向受到相同壓力時的破壞準則,其中壓為正,拉為負,一般材料尤其是混凝土材料都是拉伸破壞,故此參數一般定義為負數,對于大小比較的是代數值的大小,因此當低于此準則即拉應力超過允許數值,材料即宣告破壞(類似抗壓強度)。當實際的靜水壓力(其實應該是拉力)小 (大?) 于此值(代數大小),材料即宣告破壞。

除最后一個是關于時間的破壞準則外,其余的六個破壞準則都是正數,表示拉力,當計算的數值大于此值時材料失效刪除。

4、關于材料失效;

壓縮破壞在這個關鍵字中無法體現,要想施加壓縮破壞準則,必須要自己定義關鍵字參數,即進行二次開發。另外,需要說明的是,動態破壞的基本特性是時率相關性和損傷積累性,損傷這一塊,特別是微觀上真實的損傷,而不是宏觀上的唯象損傷,DYNA幾乎是空白,所以就需要自定義材料了。

另外,應力波的破壞形式有兩種,即拉伸破壞和剪切破壞,很少有材料是壓縮破壞的,因為還沒有達到壓縮破壞的閥值的時候可能由于泊松比導致的側向拉力已經達到了極限,所以混凝土材料真正的壓縮強度是多少沒有人知道。

5、參數的使用范圍 `

關鍵字的使用范圍只是單點積分的 2d 和 3d 的實體單元。

6、關于材料失效與裂紋

在 DYNA 中,材料一旦失效就被自動的刪除,而結構之所以出現裂縫或者破碎,是因為結構單元中一部分單元失效,另一部分未失效,這些未失效的部分被孤立就形成了破碎。

裂紋的形成有兩種方式,一種是定義單元失效準則(*mat_add_erosion關鍵字),這種在定義的時候裂紋部位的網格必須足夠的密,否則大量單元時效對結算結果會有較大影響;另一種是定義節點約束失效形成裂紋,方法是單元之間不是通過共節點進行連接,而是相互獨立的,通過定義失效約束進行連接,這種方法的問題在于建立模型的過程比較復雜。

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