【引用】關(guān)于 Ls-Dyna中材料失效準(zhǔn)則的定義 (轉(zhuǎn)帖)

2016-11-15 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

關(guān)于dyna中材料失效準(zhǔn)則的定義

有些材料類型中有關(guān)于失效準(zhǔn)則的定義,但是也有些材料類型沒有失效準(zhǔn)則的材料類型,這時(shí)需要額外的失效準(zhǔn)則定義,與材料參數(shù)一塊定義材料特性。需要用到 *mat_add_erosion關(guān)鍵字,對(duì)于這個(gè)關(guān)鍵字有幾個(gè)需要注意的地方。

1、材料的通用性破壞準(zhǔn)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(fù),所以靜水壓破壞就是給出最小的承受壓力,當(dāng)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(yīng)力則是以壓為負(fù),拉為正,故最大主應(yīng)力或最大等效應(yīng)力或最大剪應(yīng)力破壞等等都是給出最大的應(yīng)力極限,當(dāng)然大于0,如果拉應(yīng)力大于該值,則材料破壞,無論是 *MAT_ADD_EROSION,還是材料內(nèi)部自帶的破壞準(zhǔn)則還是其他軟件,都遵循以上準(zhǔn)則。

注意:屈服不是失效。

2、單元失效模擬的功能與目的

單元?jiǎng)h除功能是為了克服有限元本身的缺陷而提出的一項(xiàng)方法,由于有限元本身是基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的,而在連續(xù)介質(zhì)力學(xué)中,所研究的物體需要是連續(xù)的,既物質(zhì)域在空間中連續(xù)。在這樣的理論假設(shè)框架下,單元本身是不會(huì)消失的。然而在實(shí)際情況下,由于損傷斷裂的存在,勢必會(huì)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(dá)到某一準(zhǔn)則后,結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、或者構(gòu)件中的某一部分,從結(jié)構(gòu)中退出工作,不再影響整體結(jié)構(gòu)的受力。而從有限元概念上說,對(duì)上述機(jī)制的模擬,基本手段都是一樣的,就是當(dāng)滿足某一指標(biāo)(比如某個(gè)應(yīng)變大小)后,將一個(gè)單元或者一個(gè)積分點(diǎn)的質(zhì)量、剛度和應(yīng)力、應(yīng)變都設(shè)為零(或者非常接近與零),這樣它在整體結(jié)構(gòu)計(jì)算中就不再發(fā)揮作用,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了退出工作機(jī)制的模擬。所以,無論是把纖維模型中的某個(gè)纖維、或者分層殼模型中的某一層、或者實(shí)體模型中的某個(gè)積分點(diǎn),或者結(jié)構(gòu)中的某個(gè)單元,讓其不再參與整體結(jié)構(gòu)計(jì)算,都可以達(dá)到模擬破壞退出工作的目的。而所謂單元生死技術(shù),是上述基本概念在有限元程序中的一個(gè)“打包”應(yīng)用。它除了讓單元不再參與計(jì)算外,一般還有一個(gè)重要的附加功能,就是對(duì)僅和“被殺死”單元相連的“孤島”節(jié)點(diǎn),讓其自由度不再參與整體結(jié)構(gòu)計(jì)算,以減少計(jì)算困難。而后來有限元程序的前后處理又不斷改進(jìn),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(shí)。但正因?yàn)檫@些包裝,使得很多人反而忘記了所謂單元生死技術(shù)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(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)單元質(zhì)量、剛度和應(yīng)力應(yīng)變矩陣,也可以實(shí)現(xiàn)單元生死同樣的效果。至于構(gòu)件的部分或局部破壞(諸如鋼筋的斷裂),更是有多種實(shí)現(xiàn)方法,使用者可以靈活掌握。

3、關(guān)于關(guān)鍵字參數(shù)

這個(gè)參數(shù)有兩行參數(shù),第一行:MID(MID - 待失效的材料編號(hào)),excl(排除數(shù)字,任意假設(shè));第二行:PFAIL(失效壓力),SIGPI(失效主應(yīng)力),SIGVM(失效等效應(yīng)力,一般指抗拉強(qiáng)度),EPSPI(失效主應(yīng)變),EPSSH(失效剪應(yīng)變),SIGTH(極限應(yīng)力),IMPULSE(失效應(yīng)力沖量),FAILTM(失效時(shí)間)。

其中excl為排除數(shù)字,這個(gè)數(shù)字可以任意定義,如果第二行某個(gè)參數(shù)和這個(gè)數(shù)據(jù)相同,那么該參數(shù)定義的失效準(zhǔn)則就被忽略。(第二行可以定義很多準(zhǔn)則)。不選用其它失效準(zhǔn)則不能留空,必須要填排除數(shù)字。

關(guān)于 PFAIL 關(guān)鍵字的說明:此關(guān)鍵字表示物體的靜水壓破壞,即各個(gè)方向受到相同壓力時(shí)的破壞準(zhǔn)則,其中壓為正,拉為負(fù),一般材料尤其是混凝土材料都是拉伸破壞,故此參數(shù)一般定義為負(fù)數(shù),對(duì)于大小比較的是代數(shù)值的大小,因此當(dāng)?shù)陀诖藴?zhǔn)則即拉應(yīng)力超過允許數(shù)值,材料即宣告破壞(類似抗壓強(qiáng)度)。當(dāng)實(shí)際的靜水壓力(其實(shí)應(yīng)該是拉力)小 (大?) 于此值(代數(shù)大小),材料即宣告破壞。

除最后一個(gè)是關(guān)于時(shí)間的破壞準(zhǔn)則外,其余的六個(gè)破壞準(zhǔn)則都是正數(shù),表示拉力,當(dāng)計(jì)算的數(shù)值大于此值時(shí)材料失效刪除。

4、關(guān)于材料失效;

壓縮破壞在這個(gè)關(guān)鍵字中無法體現(xiàn),要想施加壓縮破壞準(zhǔn)則,必須要自己定義關(guān)鍵字參數(shù),即進(jìn)行二次開發(fā)。另外,需要說明的是,動(dòng)態(tài)破壞的基本特性是時(shí)率相關(guān)性和損傷積累性,損傷這一塊,特別是微觀上真實(shí)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(yīng)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?yàn)檫€沒有達(dá)到壓縮破壞的閥值的時(shí)候可能由于泊松比導(dǎo)致的側(cè)向拉力已經(jīng)達(dá)到了極限,所以混凝土材料真正的壓縮強(qiáng)度是多少?zèng)]有人知道。

5、參數(shù)的使用范圍 `

關(guān)鍵字的使用范圍只是單點(diǎn)積分的 2d 和 3d 的實(shí)體單元。

6、關(guān)于材料失效與裂紋

在 DYNA 中,材料一旦失效就被自動(dòng)的刪除,而結(jié)構(gòu)之所以出現(xiàn)裂縫或者破碎,是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)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(zhǔn)則(*mat_add_erosion關(guān)鍵字),這種在定義的時(shí)候裂紋部位的網(wǎng)格必須足夠的密,否則大量單元時(shí)效對(duì)結(jié)算結(jié)果會(huì)有較大影響;另一種是定義節(jié)點(diǎn)約束失效形成裂紋,方法是單元之間不是通過共節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接,而是相互獨(dú)立的,通過定義失效約束進(jìn)行連接,這種方法的問題在于建立模型的過程比較復(fù)雜。

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