Marc中基于应变不变量破坏理论(SIFT)的失效分析

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Marc中基于应变不变量破坏理论(SIFT)的失效分析

1 概述

全新发布的Marc2011版本在复合材料失效分析方面新增了应变不变量失效准则（STRAININVRAIANT），简称SIFT。该理论基于先将应变放大然后检查放大后的应变不变量的原理。

Mij是应变影响函数（放大矩阵）的分量；在i分量因为施加了在j分量单位应变对于基体和纤维采用不同的放大矩阵；Ai是热应变增高矢量。

对于基体和纤维部分采用不同的定律，图示为赛车阻流板部件失效指数仿真分析结果。

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赛车阻流板部件失效指数仿真分析结果

应变不变量准则在不进行微观结构分析的前提下能够考察复合材料的微观结构影响作用。因此模型需要大量的数据输入并且需要在宏观模型中输入针对给定应变状态的应变增强参数，以实现这一功能。使用者可以通过Marc针对复合材料创建宏观模型，并进一步利用Marc自带的工具生成针对给定的材料本构模型和纤维体积比的应变增强参数。

2应用实例

下面以Marc2011用户指南手册E卷第7.38为例加以说明。针对简化的赛车阻流板部件计算阻流板上表面受压后的基于第一和第二应变不变量的失效因子。

复合材料模型包含两层，各层均采用正交各向异性材料，基体和纤维方向具有不同的规律，假定纤维在基体中的排列按照平方阵列形式，并且纤维体积比为0.6。根据假定可以通过Marc自带的工具计算得到下列参数，其中弹性模量和剪切模量单位是GPa，温度单位为°C：

表1：材料参数列表

属性	基体	纤维	等效（平方阵列）	属性	基体	纤维	等效（平方阵列）
E1	2.0	303	182.8	v12	0.35	0.2	0.25
E2	2.0	15.2	6.5	v23	0.35	0.2	0.32
E3	2.0	15.2	6.5	v31	0.35	0.010033	0.008889497
G12	1.4	9.6	2.4	a1	58e-6	0e-6	0.32e-6
G23	1.4	6.3	1.7	a2	58e-6	8.2e-6	32e-6
G31	1.4	9.6	2.4	a3	58e-6	8.2e-6	32e-6

失效准则选择应变不变量，具体材料临界参数为：

临界第一不变量（Critical First Invariant）为0.0274，基体临界等效应变（Matrix Critical Equivalent Strain）为0.103，纤维临界等效应变（Fiber Critical Equivalent Strain）为0.0182，热增强的温差（Temperature Difference For Thermal Enhancement）为1。

在结构自由端采用对称边界条件，在尾板下边缘采用固定位移约束，在阻流板上表面定义1个单位的均布压力。如下图所示：

对称边界条件          固定位移约束边界条件            上表面受压

在Marc中递交计算并获取阻流板在上表面受压的工况下的基于第一和第二不变量的失效因子，如下图所示：

基于第一应变不变量的失效因子分布云图  

基于第二应变不变量的失效因子分布云图