关于疲劳损伤在abaqus中的实现

敦诚

最近老有人问direc cycle以及里面的损伤行为怎么样实现，这个问题其实十分复杂，如果大家有兴趣的可以看看疲劳的书籍。一般疲劳行为研究最多的方法是断裂力学中的疲劳分析。但是有人可能疑惑最多的是：很多结构如果是不存在裂缝的话，如何使用断裂力学进行疲劳分析。这个问题一般是无法简明回答的，因为这个问题是疲劳的难点，很多的论文都是关于这个方向的，有兴趣的可以查阅一下。
我要说的abaqus中的疲劳分析，其实说实在的更多的应该属于变形局部化行为的疲劳载荷作用下的使用寿命预测，这个分析并不像大家想象的有多么大的用处，这点可以在他的manual里面看的很清楚。很多问题没有阐述，研究对象也限制的很死，这些都说明了它本身并不是非常好用的一个模块，当然听说6.10ef极其以后的版本中可能要增加功能啊！
即使这样我们还是要摸清楚他很多机理然后进行使用，毕竟“人有多大胆，地有多大产”。
1.首先说一下它的分析部的建立，一般的疲劳行为都会建立两个分析部，以一个分析部是简单的加载，而后是一个疲劳循环加载分析部。
为什么要建立第一个分析部，manual中自己说的也不是很清楚，我是这样理解的：
第一个分析部相当于为以后的分析部提供一个转化平台，第一次分析部的里面包含了很多后续分析所要的信息，最重要的是第一个分析部能够判断材料是否进入了塑形，如果没有进入塑形的话，后面的循环加载过程就没有意义了，因为都是弹性，没有疲劳行为（这一点其实是这个模块的制约因为，因为实际过程中不一定一次加载就有塑形行为）。而如果第一个step中材料进入了软化了，那就完了，基本就不用以后的循环分析了，因为结构可能已经失稳了。还有一个问题就是，在cycle里面并不是一个循环计算一次而是计算多次来达到一个平衡的效果，就是说要通过对于第一次加载行为进行反复的验算才能够得到一个稳定的HYSTERESIS ENERGY，所以第一个step为这个过程提供了足够的信息。
2.参数问题
很多人会问参数怎么通过实验确定啊！
这个问题有时候真的难以回答，毕竟J2时代已经过去了，通过一个简单的实验得到一个有实际物理意义同时又非常通用的本构的事情已经不存在了，尤其是内变量这个东西（比如损伤就是内变量）实验是很难测得的，即使测得了也不一定准，所以基于实验数据来反分析材料参数的办法才是参数选取的主要方式。也就是说，你必须先有实验，而后不停地修改你模型的参数，知道两者拟合为止，这个过程我们俗称“调参数”如果高雅点的说法可以叫做“参数辨识”或者“反分析”。这个过程中为了更好的选取你所要的函数，可能设计遗传算法，粒子群什么等反分析手段。
今天先将到这，那天上传个例子给大家看一下，例子现在是有，参数是瞎设的，能够计算，但是需要整理一下。

tianyang1016

谢谢郭诚版主的苦心。纺织复合材料经常用到疲劳破坏分析，期待你啊！！！！！！！下面是我的一个个人问题，希望斑竹能够予以提示，思路或者思路或者思路。。。。。。这是一纱线的拉伸断裂图片，从一篇文献中看到，我试着去做这样一个模拟，有几个问题，
1：单元删除是发生了的，那么就要在explicit中进行（个人结论），那么在explicit中怎样加一端恒速的载荷呢？我试过在load---displacement---位移载荷（试过coupling等等），可是效果都不理想，看了手册，说是explicit不适用这种位移载荷。
2：这种断裂是不是一定要用子程序呢？？能不能用cae+inp修改来实现呢？个人试过ductile的损伤法则，可是注意到图中是两段同时断裂，实在不知该用什么养的准则，希望提示一下思路。
3：怎样给一段材料赋予两个模量，比方说一个阶段是A，下个阶段是B，cae中能不能实现？



在线等你的答复，，，，，，，，，，，，造福本版纺织的兄弟，先谢谢你了。

敦诚

回ls
第一个问题：
单元删除不一定在explicit下面，6.9的时候就实现了standard下的element deletion，在explicit下面最好使用velocity加载，用位移加载和速度加载原理是一样的，不同的就是速度是位移对时间的导数，这句话看似废话，其实涉及了很多问题，如果你是用explicit做准静态分析的时候，如果施加位移载荷，应该将分析部取得足够长。
第二个问题：
这个问题不好笼统回答，你使用的是ductile可以说对于纺织复合材料也是可行的，但是产生如图所示的结果不好说原因，个人意见是这样的，如果你的纺织复合材料是不收压缩的，可以试着采用cohesive element来尝试，因为cohesive element的断裂准则比较简单（比如最大拉应力，最大拉应变，最大主应力，最大应变）但是可能比较适合纺织复合材料，同时可以实现单元删除。
第三哥问题：
可以使用温度当作场变量的方法实现间接耦合改变材料弹性模量。这个的做法在论坛里面很多，你可以查阅一下。

tianyang1016

我按照你的方法，加上我自己的理解，用速度场，弹塑性损伤，终于把直的纱线拉断了，真是谢谢你的回答，不因问题简单而不回复，这就是斑竹。等我把纱线赋予双线性模量，就贴上cae，加油！！！！！
那个温度场耦合貌似挺高深，我速去学习！！！！！！！！

jdbear

逛论坛很多年了，郭版主的水平出神入化，学习

tianyang1016

版主请看：
    想提一个困扰我多时的问题，就是为什么同样一个问题在static中不收敛，改成explicit中就收敛了。附上我做的高模量聚乙烯薄膜的拉伸inp，内部参数均为实验所得，可收藏。请看一下为什么我的这个inp中分析到失效的时候就进行不下去了，在explicit中就能够拉断。

taoyouqiang

疲劳损伤这一块确实是蛮不好做的，尤其是在abaqus中，以前试过几次，都没有什么好的结果，期待版主的经典例子，先在此谢过了

敦诚

看了一下你的inp，觉得有几个问题说一下比较好。
用standard做损伤和单元删除需要一些技巧的。我给你修改了一下你的inp，可以complete。修改部分有几个：
1.我修改了迭代次数，具体操作为step-other-general solution control-edit-step-1 选择 specify，在field equations里面将收敛容差调节为0.01，在time incrementation中勾选discontinous analysis
2.修改一些单元特性。在elements type中，将viscosity设置为千分之一，这一选项虽然会影响结果的准确性，似的结果更为刚硬，但是可以保证计算收敛，最大刚度损失调节为0.9，一般很少有材料能都达到damage等于1. 计算结果可见视频，还有修改的inp件见附件。
另外我想说一下，其实你问的问题不是这个专题板块下的，呵呵。

tianyang1016

感谢版主的拔刀相助，我知道这不是这个板块的问题，但是知道你很热心，而且回复的快，我的问题又时间比较久了，所以就占用了一下你的楼层，先和你道个歉。下次注意。总之，太感谢了，这都是你长时间积累起来的吧，受用

chbwang

纠正tianyang1016的问题：采用显示分析是不存在收敛不收敛的问题的，这点有限元方面的资料介绍的很详细，所以，如果隐式分析不收敛直接改成显示分析，其计算结果很可能不正确，一定要仔细分析！

tianyang1016

谢谢楼上的纠正，我会认真研读一下start with aba的。   


斑竹，我有个提问的帖子，有空的话能不能帮我看一下啊。再一次表示感谢！！！！！
http://forum.simwe.com/thread-964536-1-1.html

tianyang1016

郭诚版主，提问一个关于材料破坏的问题，呵呵，勉强算你这个板块的哦。勉强算是。
就是很简单的一个拉伸的例子，上面问过你的，我发现材料会自己产生颈缩，而且与你的plastic的值有关！！！！！
比方说简单的材料定义：elastic E=411000000pa，泊松比：0.3，塑性：12E6--0，22e6--0.2，这是拉伸的情况是：第一个图
如果elastic E=411000000pa，泊松比：0.3，塑性：12E6--0，22e6--0.8，情况是这样的：第二个图
如果elastic E=411000000pa，泊松比：0.3，塑性：12E6--0，22e7--0.8，情况图三。
这是什么原因啊，颈缩不能控制吗，因为我的实验数据付给材料后，发生图二所示的颈缩。导致伸长没到实验值就断了。应力值是准的。请问，如何是好啊。我在那个网址里提的问题也是这个意思。

remyfzu

斑竹大人不是要上传个例子吗，期待很久了

yangxunfeng1024

都是些大牛呀，学习了

zb_zhao

毕设是层合板复合材料的疲劳，但先用了静压缩来调试程序。
层合板的材料属性和折减是通过子程序实现的，用cohesive element来模拟分层（压缩载荷，有预置分层）
使用的隐式算法，为了改善收敛性，按手册里的办法，给cohesive element定义了viscosity。
敦版定义的是千分之一，并指出viscosity对计算结果有影响。对于viscosity值应该取多少我不清楚，所以随便取了5（以保证计算收敛为准）。但我想请问下viscosity对计算结果有影响的原因体现在什么地方？

wchshl168

郭版主，您好

我想做一下箱梁的疲劳分析，条件是四点弯曲疲劳，荷载谱为正弦波，为等应力加载，在abaqus当中如何实现啊，（1）其本构是不是要通过自编的子程序实现？（2）是否要选塑性破坏？（3）荷载步的实现？
谢谢！

wchshl168

郭版主，我也也涉及疲劳这一块了，看了你的分析，很有启发，是不是要用abaqus做疲劳，第一步必须使得结构发生一定的损伤（塑性）以后，在后继的疲劳循环分析步当中才有意义啊，比如关于弯曲疲劳的模拟，必须在第一分析步的加载载荷大于其抗拉强度才行啊，但载荷又不能太大啊，谢谢，

blackheart1119

新手问一句啊 要用abaqus做损伤分析  一定要用for写子程序么  inp中能直接实现么？

xuge.ntu119161

remyfzu 发表于 2011-3-19 11:02
斑竹大人不是要上传个例子吗，期待很久了

支持此问，lz的例子怎么没下文了？期待啊

sunminghai1985

楼上的问题就是我的问题。