Optistruct显式动力学分析-材料失效准则理论
材料失效准则在显式动力分析中至关重要，OptiStruct 支持通过 MATF 或 MATS1 卡片定义失效模型。失效行为受载荷条件（如应力状态）强烈影响，因此准则通常引入 应力三轴性 (η) 和 洛德参数 (ξ) 来描述载荷类型（单轴拉伸、纯剪切、平面应变等）。
一、应力状态关键参数
1. 应力三轴性 (η)
用于区分压缩与拉伸载荷，反映静水应力与冯·米塞斯应力的比值： 取值范围：
实体单元：−∞ → +∞（实际约束于 [-1, 1]） 壳单元：[-2/3, 2/3]
图 1：静水轴与偏平面上的应力状态描述
典型应力状态值：
2. 洛德角 (θ) 与洛德参数 (ξ)
描述偏平面上的应力状态位置： 取值范围：θ ∈ [0, π/3]（0 对应拉伸，π/3 对应压缩）
壳单元简化关系（平面应力假设）： 工程中常用归一化 洛德参数： 典型值：
压缩：ξ = -1.0 纯剪切/平面应变：ξ = 0.0 拉伸：ξ = 1.0
图 2：洛德角在偏平面上的应力状态定位
二、失效准则类型与数学模型
1. BIQUAD 准则（双二次曲线）
适用于韧性金属，描述失效应变 随应力三轴性 的变化： 
图 3：BIQUAD 准则的失效应变-应力三轴性曲线
输入参数（MATF 卡片）：
c1~c5：对应 5 种应力状态的失效应变c1(单压) /c2(纯剪) /c3(单拉) /c4(平面应变) /c5(双拉)
壳单元特殊处理：
引入颈缩修正曲线（INST 参数 V6），避免厚度数值误差导致失效延迟：
图 4：壳单元高应力三轴性修正曲线（蓝色）
**材料选择器 (MATER)**：
若实验数据不足，可通过材料类型自动计算参数：
损伤演化：
2. TSTRN 准则（应变损伤模型）
基于等效塑性应变的线性损伤演化（η > 0 时）：
输入参数：
V1/V2：冯·米塞斯应变起止值（ ）V3/V4（优先）：主应变起止值（）
3. TAB 准则（表格化失效模型）
通过 TABLEMD 定义失效应变 随 的映射关系：
图 5：TAB 准则的失效应变映射曲面
损伤演化公式：
参数 n 控制损伤演化形态：
图 6：参数 n 对损伤演化（左）和单轴拉伸行为（右）的影响
颈缩控制进阶功能：
定义颈缩起始应变 映射表（ INST_TID）计算颈缩触发变量 ：
当 时，以当前损伤值 作为临界点 触发软化：
4. INIEVO 准则（损伤初/演化分离）
通过 DMGINI（仅支持 DUCTILE）和 DMGEVO（支持 DISP/ENERGY）卡片定义：
graph LR
A[损伤起始 DMGINI] -->|满足条件| B[损伤演化 DMGEVO]
B --> C[单元删除]
实现方式：
隐式/显式通用：MATS1 的 DAMAGE 续行 显式专用：MATF 中设置 CRI=INIEVO
⚠️ 限制：不支持应变率与单元尺寸依赖
三、关键工程应用要点
准则选择： 金属韧性失效 → BIQUAD 简单应变控制 → TSTRN 复杂应力状态 → TAB 分离损伤模型 → INIEVO 壳单元注意： 优先使用 INST修正高应力三轴区行为平面应力下 与 存在耦合 损伤软化控制： DC：临界损伤值EXP：软化曲线指数
