GISSMO 韧性断裂准则的标定

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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。

一、GISSMO 韧性断裂准则简介

GISSMO 韧性断裂准则主要使用非线性损伤累积方式定义材料的失效行为，如下式所示。在唯象断裂模型中，通常定义不与本构模型耦合的外部变量 D 来描述材料的损伤行为。当仿真中单元的 D 值达到 1 时，在仿真中就会被删除。

式中：为等效塑性应变；为材料发生断裂时的等效塑性应变，其数值与应力状态相关；n 为损伤系数。

GISSMO 模型除了能够表征不同应力状态下材料的断裂行为，还将韧性断裂中材料的失稳现象也考虑其中。材料的软化行为由变量 F 定义，如下式所示：

式中：为不同应力状态下的等效失稳塑性应变。当单元的 F 值达到 1 时，其应力会发生软化现象，软化后的单元应力由下式计算得到。

式中：σ*为发生软化后的应力；σ 为软化前应力；Dcrit 为 F=1 时变量 D 的临界值；m 为衰减系数。

二、GISSMO 韧性断裂准则参数确定

由GISSMO 韧性断裂准则简介可知，需要输入模型中的参数有等效断裂塑性应变、等效失稳塑性应变、衰减系数 m 及损伤系数 n。对于等效断裂塑性应变来说，通常提取断裂前一帧的应变数值作为等效断裂塑性应变。但对局部变形较大的简单剪切和拉伸剪切实验来说，变形后期试样表面的云图破裂导致无法得到断裂前的最大应变值，且剪切变形并不会出现韧性断裂模式中的剪切软化现象，其失稳等效塑性应变通常设置为较大值而不需要求解。对其他模型中的等效失稳塑性应变、衰减系数 m 及损伤系数 n 来说，实验中无法准确测得上述参数值。因此，常采用实验-有限元混合方法反求模型参数。文中采用 LS-OPT 软件对 6016 铝合金 GISSMO模型参数进行反求，输出仿真载荷-位移曲线与实验进行对比，反求流程如图所示。

图1 LS-OPT 参数反求流程

在对 6016 铝合金进行参数反求的过程中，考虑到材料的各向异性，为提高仿真精度，选择 LS_DYNA材料库中的 MAT_36_3-PARAMETER_BARLAT_NLP材料模型，输入 0°、45°、90°这 3 个方向上外推后的真实应力-应变曲线。为了保证仿真精度，目标区域网格大小划分为 0.5 mm。