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Lsdyna中的失效模型

5月前浏览466

一、背景

材料的失效行为取决于多个方面,包括塑性应变、应力状态、加载路径、局部化、应变率、各向异性等。
失效与损伤模型的应用旨在通过仿真预测失效。
失效或损伤模型的选择将取决于具体应用场景及所需精度。

二、材料失效模型和损伤模型

1、材料失效模型

失效变量作为失效起始的判断指标,对材料刚度或强度无影响,部分模型为增量型,其余则不是。

失效模型通常比损伤模型更简单,一般只需通过试验确定更少的参数。

2、材料损伤模型

损伤变量作为失效起始的判断指标,材料的刚度或强度会受损伤影响

通常为增量型模型。

损伤模型通常比失效模型更为复杂,一般需要通过试验确定更多的参数。
小结:Lsdyna中的部分模型(如 GISSMO 模型)可同时作为失效模型损伤模型使用。
通常在 LS-DYNA 中,当达到失效判据后会发生单元删除(单元侵蚀)
增量型模型通常精度更高(例如在非比例加载工况下)。

3、Lsdyna中的失效和损伤模型

Lsdyna中塑性与失效通过相同的关键字MAT* 进行定义处理
1)在材料模型内部嵌入实现。
如:*MAT_JOHNSONCOOK、
*MAT_123、
*MAT_GURSON
*MAT_DAMAGE_XXX
*MAT_PLASTICITY_WITH_DAMAGE
2)通过*MAT_ADD_XXX关键字实现
失效(或损伤)通过额外的关键字进行定义,这类关键字通常以*MAT_ADD_XXX开头。

如:*MAT_ADD_EROSION

*MAT_ADD_DAMAGE_GISSMO

*MAT_ADD_DAMAGE_DIEM

*MAT_ADD_GENERALIZED_DAMAGE

塑性模型与失效(或损伤)模型之间的关联,通过在两个关键字中使用相同的材料 ID来实现。

三、Lsdyna中的可用的典型失效模型

*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY(024)
特点:基于冯・米塞斯屈服准则的弹塑性材料模型,包含各向同性强化与应变率效应;失效判据基于塑性等效应变。
*MAT_MODIFIED_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY(#123
特点:与 * MAT_024 相似,额外扩展了多项功能选项;失效判据可基于塑性等效应变、减薄应变和 / 或主应变。
*MAT_JOHNSON_COOK(#015)和*MAT_MODIFIED_JOHNSON_COOK(#107
特点:与温度和应变率相关的材料模型,失效判据为应力三轴度的函数。
*MAT_WTM_STM(#135
特点:适用于壳单元的正交各向异性弹塑性材料模型;模型内置 Cockcroft‑Latham 与 Bressan‑Williams 断裂判据。
*MAT_ADD_EROSION
特点:采用模块化思路,为已有材料模型附加失效判据。
上述部分模型可通过*MAT_ADD_EROSION关键字,借助 GISSMO 或 DIEM 模型进行实现。

1、*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY(# 024)

失效判据:失效时的等效塑性应变
在 *MAT_024 中通过FAIL标志实现非常简单的判据:将等效塑性应变与 FAIL 参数值进行对比。若所有积分点均满足该判据,壳单元将被删除。与应力状态或应变率无关(拉伸与压缩下的失效行为一致)。不属于增量型模型。

2、*MAT_MODIFIED_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY(#123

特点:三个失效判据可用

EPSTHIN:失效减薄应变;EPSMAJ:失效主应变

该材料模型与 *MAT_024 类似,但额外增加了两种失效判据。对于壳单元,参数 NUMINT 用于定义需有多少个积分点发生失效后,单元才会被删除。不属于增量型模型。

3、*MAT_ADD_EROSION

特点:有一些可用的简单失效判据

失效相关参数:

MXPRES(Maximum pressure at failure):失效时的最大压力

MNEPS(Minimum principal strain at failure):失效时的最小主应变

EFFEPS(Effective strain at failure):失效时的有效应变

VOLEPS(Volumetric strain at failure):失效时的体积应变

NUMFIP:失效积分点数量参数

NCS:失效判据组合参数,单元删除前需满足的失效判据数量(默认值 = 1)

MNPRES(Minimum pressure at failure):失效时的最小压力

SIGP1(Principal stress at failure):失效时的主应力

SIGVM(Equivalent stress at failure):失效时的等效应力

MXEPS(Maximum principal strain at failure):失效时的最大主应变

EPSSH(Shear strain at failure):失效时的剪切应变

IMPULSE:冲量

FAILTM:失效时间

*MAT_ADD_EROSION 采用模块化设计,包含多种简易失效判据。如需启用该关键字,只需为需应用失效判据的基体材料,使用相同的材料 ID定义该关键字即可。该模型不属于增量型模型。

4、*MAT_JOHNSON_COOK失效模型(#015

JC失效模型是一个基于应力三轴度应变率温度的增量型失效判据模型

断裂应变由下式给出:

损伤值由以下式计算:

当D=1时,断裂发生。

该功能在*MAT_015*MAT_107中可用,也可通过GISSMODIEM模型结合*MAT_ADD_EROSION关键字实现完全相同的效果。

5、Cockcroft-Latham 失效准则一种基于第一主应力和变形历史的增量型判据。

Cockcroft 和 Latham(1968)提出了一种简易失效准则,其中失效值 W 是根据累积塑性应变的增量和当前主应力进行累积计算的。

时,失效发生。

在 LS-DYNA 中,该准则可在 *MAT_135 材料模型中使用。

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来源:CAE之家
LS-DYNA断裂汽车UM理论材料试验
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首次发布时间:2026-03-25
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