脆性断裂brittle cracking的材料设置小示例

zsq-w

最近几个帖子问如何给脆性材料设置断裂参数：
支架破坏力预测问题                                                         http://forum.simwe.com/forum.php?mod=viewthread&tid=1014314&highlight=%E6%94%AF%E6%9E%B6
如何在脆性材料收到挤压、剪切的情况下实现破碎？     http://forum.simwe.com/thread-986661-1-2.html


1 概述
   本帖尝试就BRITTLE CRACKING 模拟脆断。 虽然BRITTLE CRACKING主要用于混凝土的断裂分析，现在也逐渐应用到陶瓷等其他脆性材料的断裂分析。
详细理论部分详见Users‘ manual：http://abaqus.civil.uwa.edu.au:2 ... 05ch20s06abm37.html

2  设置
    除了密度和弹性模量，需要设置材料的破坏参数，比如brittle cracking中的brittle failure 和brittle shear
brittle cracking 指定材料的拉伸强度（抗拉强度sigma-u）；
brittle shear     指定材料到达拉伸强度之后材料软化的规律（指数形式，直线下降等）；
brittle failure    指定材料的断裂韧性的一个指标，一般在E-5量级。

      


3 cae (6.10版，打不开就看inp文件吧)
   2个压缩包:         

4 inp
  2个压缩包:           

   
5 说明

   能模拟 虽然是很多新手热衷于追求的结果，但是“能模拟”仅仅是万里长征第一步，
是否模拟得准确（means相对准确），与实验是否相符，那才是终极目的。比如这个模拟，抗拉强度是我自己假设的，而且我也假设材料为纯脆性的。
结果显示有2处断裂，与实验应该出入很大。
另外，如果结果不好，还要注意检查下网格。断裂分析是严重非线性问题，网格对结果影响很大。这个模型来自第一个链接的孤立网格，我无法修改网格，
就凑合着用这个四面体网格算出来的。

6 常见问题之一：
爆炸分析中单元发生巨大畸变 http://forum.simwe.com/thread-1014731-1-2.html
注意要在step---fieldoutput 设置单元删除，隐藏失效单元.

      



7  动画

   
     

duanfeng_zlc

感谢zsq-w~感谢SIMWE论坛

上善若水sc

有没有柔性材料的撕裂或破坏的实例？

chenli1360

报告斑竹，对于你做的金属材料当然是可以进行单元删除的，不过我使用的是带应变率的混凝土塑性损伤模型，单元发生畸变我认为主要是由于拟合应变率效应时发生的，我把应变率效应去掉后就不会发生畸变，所以跪求对于带应变率效应的混凝土损伤塑性模型的单元删除方法，感激不尽啊！

chenli1360

谢谢斑竹，我再去搜索学习一下

chenli1360

想问下斑竹有相关的链接吗？我想好好研究学习一下，斑竹大人带来的便利将感激不尽啊

zsq-w

chenli1360 发表于 2011-11-30 08:40
想问下斑竹有相关的链接吗？我想好好研究学习一下，斑竹大人带来的便利将感激不尽啊 ...

意思是让我帮你搜索？还是说你不知道搜索那些关键词？
你不会现在还不知道如何搜索吧。


D-P模型也可以考虑应变率的：

   

duanfeng_zlc

非常非常的感谢zsq-w的帮助。你模拟的跟实际中断裂状态有很大的相同之处，但唯一有区别的是实际试验中，支架加载部分并没用断裂，而最先断裂的是从螺栓法兰面处开始断裂。总体上断裂带的位置还是相当符合的。  但是我有疑问的是：1、为什么加载出断裂后支架另一部分还能发生断裂    2、铸铝的抗拉强度是235，而你设置的Direct Stress 是135 和120  此时的应变是什么应变，是实验数据中得到的吗？     再次感谢ZSQ-W的精彩回答。

zsq-w

duanfeng_zlc 发表于 2011-11-30 10:10
非常非常的感谢zsq-w的帮助。你模拟的跟实际中断裂状态有很大的相同之处，但唯一有区别的是实际试验中，支 ...

非常感谢你提供实验图片让我对比下，不然我只能蒙在鼓里空模拟了。

1  图片显示的断裂现象符合常理，说明实验做得挺成功。 模拟结果有2个处破坏，一个如图所示；一个是支架加载部分断裂。 我觉得第二处断裂是不正常的。
   
   模拟与实验不符有2种可能：
1） 我采用的抗拉强度与实际不符，实际值是235MPa，我设置的是135MPa;
2） 另一个可能的原因是支架加载部分的倒角在有限元模型里面没有较好的表现，这个和网格的质量和密度关系很大。所以我建议用 {六面体网格+高质量的网格+更密的网格}。

2  此时应变应该参考实验数据，如果没有这个数据可以近似用235/弹性模量 试试看。

3  我没有输出最大载荷，lz可以用抗拉强度235MPa算下，输出最大载荷，再和实验对比下。



PS：

        断裂分析想很高的精度是不容易的，塑性材料的断裂分析稍微容易点，精度在15%以内的例子到处都是。
        脆性材料的断裂难度就更大，所以一般能定性分析得基本相符就挺好的。偶尔会出现模拟数值和实验解很相符的（算碰上的），但是一般与实验相差30%以上也算正常.

       我以前曾经一味追求高精度，后来发现那基本是奢望了

sillyw

谢谢z版分享，学习了关于脆性材料的知识，看来铸铝确实是脆性材料（之前一直不确定），斑竹是从前几天那个悬赏的贴子得来的灵感吧
另外还有两点疑问：1，脆材断裂是否需要模拟或者涉及到裂纹扩展的情况。
                  2，出现裂纹后，此处集中应力增大，会迅速沿次裂纹发生断裂，而看到你的模拟是有两处断裂，难不成同时有两道裂纹

duanfeng_zlc

zsq-w 发表于 2011-11-30 10:21
非常感谢你提供实验图片让我对比下，不然我只能蒙在鼓里空模拟了。

1  图片显示的断裂现象符合常理，说 ...

zsq-w,谢谢你的回答，我又做了及个产品的对比，我有如下看法：

1、我们实验的时候速度加载很慢，也就是说是静态加载。虽说加载的部分没有断裂，但是表面有一层金属发生了屈服，我所做的5组实验中基本上加载部分没有发生断裂，也就是说模拟是加载地方断裂时有很大问题的
2、我用同样的方法做了其他几个铝件的模拟，发现这种模拟好像并不是准静态的模拟，之所以在加载处断裂之后其他地方还能断裂，我所想到的是，肯在加载的地方存在极大的加速度进行冲击，从而在加载处断裂后仍旧有一个惯性力导致的
不知道这样理解是否合理！请ZSQ-W帮忙斟酌下。谢谢

zsq-w

破坏形态方面，你再好好体会下我9楼的回复。

1 材料的抗拉强度不一样，破坏形态当然就不一样了。我在9楼都说过，不过你可能还没有看懂.  我反复强调问题的非线性，不可用线性思维来推定破坏形态。
2 我为了节省计算时间，把step-time设置得比较小。 把这个时间设置大一点就ok。如果你不知道多大合适，可以参考以下步骤，
    1) 模态分析求出第一阶固有频率和固有周期（T）
    2）step-time，时间设置为10T~20T 均可。

zsq-w

1，脆材断裂是否需要模拟或者涉及到裂纹扩展的情况

一般有2种方法：
1）单元删除，就是一楼所示的这种
2）XFEM，就是模拟裂纹扩展。

2，出现裂纹后，此处集中应力增大，会迅速沿次裂纹发生断裂，而看到你的模拟是有两处断裂，难不成同时有两道裂纹

实际工况，多道裂纹倒是可能的。 这个例子，原lz没有提供材料属性，我也没有材料参数（见一楼之 5 说明），采用自己假定的材料属性，模拟结果很可能与实际不符。
原lz贴在8#的图片显示，实际上只有一个明显裂纹。

duanfeng_zlc

seawideyp 发表于 2011-11-30 14:06
不愧是老大，强~~~~~
这个例子做的超棒，看实验图片用的似乎是压铸铝，应该是脆性材料，既然选定了BRITTLE  ...

谢谢你的回答。couple的位置我已经修改了，改后加载的位置并没断裂。你所看到的图片是有实验夹具的，所有你看到的与实际有点不相符，其实是一样的。另外，你提到BC中，我们不曾用内孔，因为在考虑到螺栓的预紧力对法兰面的影响，我们做过对比，法兰面的大小对最终结果影响很大的。

在此想问下ZSQ-W版主，我再做的时候发现所做的脆性断裂分析是基于Mises应力而进行的，但是作为脆性材料，评价其标准应该是最大主应力。如果是这样的话那么这种分析不是有问题吗？请版主斟酌。

seawideyp

不愧是老大，强~~~~~
这个例子做的超棒，看实验图片用的似乎是压铸铝，应该是脆性材料，既然选定了BRITTLE CRACKING就得用explicit了
1、看图片似乎与实物有不相符的地方，不知道duanfeng_zlc 是有意做的简化还是提供的有问题

2、施加力载荷的地方用了couple，且正好是突起的位置，估计会有一些影响，另外amp如果采用smooth会柔一点

3、BC中我模拟螺栓一般选取内孔，不知道那种更好些

4、感觉duanfeng_zlc提供模型网格质量可以做的更好些，C3D4的网格过于刚硬用的少，25w的网格不敢调试了。
如果机器够牛再用双精度试试~~~~

seawideyp

duanfeng_zlc 发表于 2011-11-30 14:27
谢谢你的回答。couple的位置我已经修改了，改后加载的位置并没断裂。你所看到的图片是有实验夹具的，所有 ...

那是因为螺栓处不是我的关键分析地方，而你的实验是从螺栓孔处断裂的，我的简化就不对了，但没看到螺栓预紧力，凭直觉预紧力对它的断裂影响很小吧
不了解你的零件的具体用途，但单纯从强度方面考虑，设计的并不是很合理

zsq-w

一楼：

本帖尝试就BRITTLE CRACKING 模拟脆断。 虽然BRITTLE CRACKING主要用于混凝土的断裂分析，现在也逐渐应用到陶瓷等其他脆性材料的断裂分析。

运算过程中，BRITTLE CRACKING 是不是Mises准则呢？ 我建议你去查manual（我可以先肯定是告诉你不是Mises准则）。  运算结束之后，动画应力云图是后处理结果，你想输出最大主应力还是miese应力，不过是影像，自己随意改都行。


PS：
说到斟酌，我就不和你斟酌了。我和seawideyp斟酌就行了。

abaqus04

为什么不管是CAE还是INP文件我下载的都是第一部分正常，第二部分只有1KB？我的操作绝没失误，经常下载论坛里的算例，这是第一次出现这个问题。

duanfeng_zlc

seawideyp 发表于 2011-11-30 14:50
那是因为螺栓处不是我的关键分析地方，而你的实验是从螺栓孔处断裂的，我的简化就不对了，但没看到螺栓预 ...

谁说螺栓处不是关键的分析地方，实际断裂的地方准确的说就是从法兰面出开始断裂，难道你的意思是将此处忽略？你说设计不合理，那只是假设，很清楚的告诉你，这个在应用当中很好，强度也满足。我现在所做的是实现失效力大小的评估。

duanfeng_zlc

zsq-w 发表于 2011-11-30 14:54
一楼：
运算过程中，BRITTLE CRACKING 是不是Mises准则呢？ 我建议你去查manual（我可以先肯定是告诉你不 ...

版主，我说斟酌是对你的百般尊敬，请不要以这样的口吻对待初学者，这样不好。能力差并不是永远，我想只是过程。能力大小只是相对，并非绝对。我希望的咱中国人相对外国人时最牛的。