jc材料的失效问题~~已拜读过sanxiarenshi的文章

aqcs

暑假在做双头子弹击穿铝板的仿真模型，但出现了和论坛很多朋友一样的问题：变形很大但不失效，很是头疼~~
说明下，这个模型是国外一篇论文给出的，已经做成了，我做的仅仅是复现最终结果~~
材料采用的是jc本构模型和jc损伤准则，具体参数值论文已给出，如下表：

接触设置我用的是通用接触，采用的是su大的方法，由于帖子地址没保存，所以只好把inp里的相关命令行粘上来，我想常逛论坛的朋友肯定一目了然：
**
** INTERACTIONS
**
** Interaction: general_contact
*Contact, op=NEW
*Contact Inclusions
, rigid
, target82
*Contact property assignment
,  , contact

其中target82为铝板单元集，包含了可能和子弹接触的单元，具体定义如下：
*Surface, type=ELEMENT, name=target82
set82,
set82, interior
具体可参见后面的inp文件~~

材料的损伤演化论文采用的是断裂能量，abaqus用户手册中也可以查到，但还是贴上来吧：


根据公式，算出来GF是3718，论文采用的是0.13*0.13*0.13mm的六面体单元，我取单元特征长度为0.00013m，其他两个参数上一个表格里已经给出~~

我拜读了sanxiarenshi的文章，将D3取绝对值为1.142，但做出来的结果和之前没有什么区别，MS别的地方还有问题~~

本人也试过了其他修改方法，比如接触设置改为面面接触，减少断裂能量的值，加密网格等等，但都无功而返，希望能有高手指点迷津，先谢过！

最后是我的inp文件，我特别希望论坛上的朋友能给出意见，我不奢望一次解决，但大家的意见肯定能给我不少启发~~先谢谢回帖的朋友们！！

sanxiarenshi

已经下载了你的inp文件，你的damage evolution用的是基于能量的损伤。这个我要说一下个人的看法，如有不对之处，希望高手指正。
（1）基于能量的损伤演化，主要是用在裂纹的模拟上，因为其定义就是基于材料的断裂韧性的，有脆性断裂与韧性断裂。而你帖子中的公式其实是基于脆性断裂的，韧性断裂要用到J积分理论，而且只是一个很复杂的公式，很难由公式将具体断裂能量化。所以其实目前工程上还是采用近视的估计，甚至用脆性断裂来代替。
（2）裂纹有很多种，I型（张开型），II型（滑开型），III型（撕开型），以及它们的组合形式，目前论坛上的公式是采用I型裂纹，所以断裂韧性也是I型裂纹的。子弹撞击钢板过程，虽然有裂纹生成，但很难确定是哪种裂纹。
（3）材料的断裂韧性测量实验，是有一定的规范的，试样的长度、宽度都有规定，因此不同的试样长度、不同几何形状的试样，测得的值可能都不一样。因此，材料的断裂韧性在使用时一般要注明试样长度，试样形状等。例如做高速拉伸实验测J-C参数时，试样的几何形状不一样，测得的值也不一样。
（4）从你的材料属性看，应该是弹塑性材料。所以需要定义韧性断裂，考虑加载历史。脆性断裂或许不合适。
（5）你给子弹施加了一个沿Z轴负向的初速度，用的是preefined field。它的功能只是施加初速度，如果有阻尼，则其速度会减小。我试了一下，子弹接触钢板后，速度一直减小。这也是材料没有失效的原因。子弹冲击钢板，可以认为是高速瞬态问题，所以我将其速度定义为一个定值，那么需要在Load模块给子弹参考点定义一个速度边界条件，定义在step-1分析步。这样其速度将一直是-50.8m/s。
（6）我将损伤演化类型改为了displacement。软化类型是指数
*Damage evolution, type=displacement, softening=exponential
1e-4, 5
左边的数值是displacement at failure，右边是指数。
之所以采用displacement at failure是为了消除网格的大小不一样，对仿真结果的影响。我试了，很有效。
你说你的特征单元长度是7e-5，怎么来、的呢？
我试验了一下，我觉得特征单元长度应该是1e-4左右。
然后你的材料数据中，失效应变是0.56吧，那么displacement at failure取值就用1e-4*0.56.
但我觉得这个0.56并不是材料完全失效的值，只是应力应变曲线上应变达到最大值后，再下降一点的地方，对应的应变值，最好能有应力应变曲线，而且有失效段，即先上升后下降，如下图


d点所对应的应变就是最终的完全失效应变。
注意试验得到的曲线上的应变一般是名义应变，要换算成实际应变。
然后还要换算成等效塑性应变。因为J-C失效准则是基于等效塑性应变的。

我改了一下参数后算了一下，效果如下：

附上我的inp

aqcs

谢谢zsq-w版主！经常看到你为大家解答问题，论坛上有你这样热心又牛X的人，实在是我们这些新手的福音！
不管怎样，自己先顶一下，希望大家能多多给出意见，我也会继续调试的，谢谢看帖的朋友！
有一点忘了说，也是我疏忽，还请大家原谅：如果直接划分成0.13*0.13*0.13mm的网格，计算时我的电脑会报错【out of memory】超出内存，所以在inp文件里我改成了3*3*0.13mm的网格，其中厚度方向仍然是0.13mm共6个单元，为尽量保证结果准确~~

aqcs

如果有需要那篇论文的朋友，告诉我我会传上来的~

aqcs

sanxiarenshi 发表于 2012-8-17 15:06
已经下载了你的inp文件，你的damage evolution用的是基于能量的损伤。这个我要说一下个人的看法，如有不对 ...

多谢sanxiarenshi！
7e-5是我算出来的断裂位移而非特征长度，估计是我写的太长，容易看混~~
我对比了inp文件和你说的问题，发现的确是由于未施加速度边界条件，而导致在子弹运行过程中速度一直减小，最后没能穿透铝板~~现在无法穿透的问题总算是有了眉目，再次大谢！！
我又仿照论文，采用断裂能量法（设置为3718），算出了类似的结果：动画发不上来，截个图来看---


论文明确给出的损伤演化是fracture energy，我觉得san兄说的很有道理，由于韧性断裂需要用到J积分，很难给出具体的断裂能量表达式，所以在工程上直接采用近似方法，用脆性断裂的能量控制代替了断裂位移~~当然，作者在论文中也给出了实验结果，和仿真的结果十分接近已能满足实际要求，所以这个近似还是比较可靠的（当然，不排除作者尝试了不同的损伤演化法则，最后试验出能量法最接近实验结果并加以采用）。

但还有一个问题：上述模拟出的裂口形状和穿透过程与论文不符。先给出论文的结果（局部放大）：

其中第一幅图为实验结果，可以看出裂口形状呈花瓣形~~

我怀疑是网格密度的问题，但损伤演化采用能量或位移控制不就是为了降低网格依赖性吗？即使计算有偏差，也不至于形状差这么大吧？
不过我没法加密成论文的0.13*0.13*0.13mm网格，因为内存原因~~很郁闷，即使是单元长度1mm的网格跑起来也慢的要死。。。

再次求教san兄，上述情况是否与网格疏密程度有关？如果没有，那最有可能是哪方面的问题呢，材料还是其他？

aqcs

图怎么没发上去？不管了，重新传一次吧，还能赚个工分：

sanxiarenshi

aqcs 发表于 2012-8-17 19:48
图怎么没发上去？不管了，重新传一次吧，还能赚个工分：

我也用过fracture energy 作为损伤演化准则，但效果不佳。说一下我对于这方面的体会吧，希望对你有用
（1）Kic是材料的力学性能指标，决定于材料的成分、组织结构，热处理状态、温度等内在因素，与外加应力及试样尺寸等外在因素无关。所以按照这个定义，网格的大小对其的影响理论上应该不大。
（2）但它是建立在平面应变的假设基础上的，所以对于分析二维裂纹断裂问题，是适用的，而且仅适合线弹性材料的脆性断裂。三维模拟，有必要将其推广到三维状态。
（3）但在金属发生塑性变形时，改变了裂纹尖端的应力分布。那么裂纹尖端塑性区的形状和尺寸就要修正，公式也不一样了。这个我不清楚相关材料的断裂韧度测量实验测了哪些量，然后用哪个公式计算得到其断裂韧度，所以不好回答。最好找做过实验的问一下。

zjzjzy

aqcs 发表于 2012-8-17 10:10
如果有需要那篇论文的朋友，告诉我我会传上来的~

lz你好，我现在也在做侵彻这个方向，网上搜索不到那篇外文文献，能否上传那篇文献一看，或者能否发到我邮箱zjzjzy999@gmail.com
十分感谢！！！

wphdjlu

aqcs 发表于 2012-8-17 10:10
如果有需要那篇论文的朋友，告诉我我会传上来的~

楼主把文章上传一下吧

grandsinco

这个是IIT他们几个写的文章吧。要注意两点
1 ABAQUS中的D3应为正值。因为ABAQUS中J-C断裂准则与原始J-C模型有些许差别，请仔细查阅ABAQUS帮助文档和原始J-C的模型。
2 据我所知他们不考虑fracture engergy之类的，一旦D=1材料即失效，即不考虑damage evolution。

lupangshitou

版主你好，你说的这篇论文什么名字？

fyl2007

楼主把参考的论文发一下吧！非常感谢！

zr1169216499

顶下- -不会怀孕，强力顶贴

ql274435275

楼主谢谢，很不错的资料！

wall-e0528

aqcs 发表于 2012-8-17 19:48
图怎么没发上去？不管了，重新传一次吧，还能赚个工分：

楼主的网格为何不在中心部分加密？

zhangyan7218

楼主你单元的长度是0.13*0.13*0.13mm的六面体，怎么算出来特征单元长度是0.00013m啊

zhangyan7218

还有你可能把那篇文章发给我，我邮箱1064321757@qq.com,谢谢

kenniu2014

请问特征单元长度是怎么算出来的呢？

xj2330

求文献xj2330@163.com

blink42

aqcs 发表于 2012-8-17 10:10
如果有需要那篇论文的朋友，告诉我我会传上来的~

能否把这篇文章发给我，麻烦问一下楼主有没有其他相关损失的文献可以一起发给我，多谢了。byokun@163.com