GISSMO给汽车行业带来了福音

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一、当前汽车行业面临的技术挑战

1）随着新能源汽车的快速发展，铝型材、一体式压铸等新设计、新工艺大量出现在新型车型开发中，这给车身安全带来新的问题和挑战。像副车架、悬置支架等在正碰中时常发生断裂失效，进而对碰撞过程中的传递路径带来影响；像整车侧面柱撞工况，经常发生结构件断裂失效，动力电池受到挤压等，带来安全风险。

2）除了整车安全开发，像新能源动力电池在产品机械安全类开发过程中时常出现失效，导致仿真与试验差异较大，给产品设计和精确评估带来挑战和困难。

3）像工程机械或其他领域也时常出现过载或非预期的载荷，而导致结构件出现失效断裂，进而引起安全事故或引起客户的抱怨。

如上述问题，像整车碰撞中的焊点失效带来的承载件断裂，电池包结构仿真未能准确预测失效，等等这些给产品开发带来不可预测的问题和成本。

通过对失效后的变形模式分析，发现大量的失效是因为在前期仿真中未能有效考虑材料的断裂模式和变形模式，导致仿真精度较低，不能有效全面的预测风险，甚至导致错误的判定。

二、仿真精度的影响因素：

1）模型建模，如建模方法、单元类型、单元方程、连接（焊点、焊接、螺栓、铆接、SPR/FDS等模拟，以及是否考虑其失效）、边界，如接触类型（单面、双面、摩擦系数、阻尼系数、接触刚度等；

2）材料模型，如线弹性、弹塑性、塑性、材料曲线（考虑应力应变关系）等；

3）对材料的准确应用及理解，如金属、非金属，如工程塑料、复合材料；

4）新型材料及结构的模拟，如蜂窝材料、负泊松比结构、流固耦合等；

5）......

三、影响塑性失效的因素

1）塑性应变

2）加载方式（如拉伸、压缩、剪切、……)

3）非线性的应变路径

4）材料不稳定性

5）网格依赖性

6）......

四、目前常用的断裂失效准则既包括：

1）最大主应力失效

2）最大等效塑性应变失效等简单常值失效判据

3）成形极限曲线 ( Forming Limit Curve，FLC) 或成形极限图(Form-ing Limit Diagram，FLD)

4）Johnson － Cook损伤模型 ( JC 损伤模型)

5）损伤起始与演化准则( Damage Initiation and Evolution Criteria，DIEC)

6）修正的 Mohr － Coulomb 模型 ( Modified Mohr-Coulomb，MMC)

7）CrachFEM模型

8）Gissmo失效模型等。

研究表明，材料在不同的应力状态下的断裂应变差异显著。Johnson-Cook 断裂准则以线性方式计算损伤积累，在模拟碰撞断裂时精度均不高。Gissmo失效模型由于同时考虑了材料在不同应力状态下的失效应变以及应变路径对失效的影响和非线性损伤积累方式，适用于超高强钢板材在复杂工况下的断裂行为表征。

Gissmo失效模型考虑了非线性损伤累积方式和等效应力与损伤之间的耦合，适合复杂工况下的断裂失效表征。当 GISSMO 损伤模型中的断裂极限曲线取为MMC 或 JC 模型断裂极限曲线，损伤累积方式为线性，且不考虑材料软化、失稳时，GISSMO 损伤模型自动退化为 MMC 或 JC 损伤模型。

铝合金在不同受力状态下断裂时临界应变值不同，且伴随着强烈的非线性应变路径依赖性；材料受损伤后，损伤以非线性的方式进行积累直到裂纹产生。而 FLD 只能用于预测分析铝合金板材在线性应变路径下的失效行为，Johnson-Cook 断裂准则以线性方式计算损伤积累，均与实际情况不符。Gissmo失效模型中，同时考虑了材料在不同受力状态下失效临界应变值的不同、材料的非线性应变路径成形及非线性损伤积累方式，更适合用于研究铝合金板材的断裂行为。

GISSMO连续介质材料失效本构模型基于J-C模型发展而来，综合考虑材料在不同应力三轴度下累积损伤。应力三轴度定义为静水压力与Mises等效应力的比值，表征材料塑性变形能力的约束程度，同时也是影响材料失效时微孔洞演变规律的重要指标。

GISSMO 韧性断裂准则与工程中常用的 Johnson_Cook 断裂模型的不同点在于，该模型考虑了材料从受损、非线性损伤累积到材料断裂失效的全过程，并且能预测材料在不同应力状态下的失效行为，适于分析与预测金属板材碰撞与成形过程中的断裂问题。

在Lsdyna中对于金属材料常见的断裂失效模型包括：

（a）固定临界值：如最大/最小压力（未考虑应力状态的影响，精度差，一般用于粗略失效的考虑）、最大/最小应力、最大等效失效应变（也称为常应变失效）/应力、最大体积应变、最大剪切应变、成形极限图（FLD）等；

（b）失效模型：Johnson-Cook、Gissmo、DIEM、MMC等，如JC模型可考虑温度、应力三轴度、断裂应变、应变率等效应；Gissmo可考虑应力三轴度、断裂应变、洛德角、网格尺寸等之间的关系。