ABAQUS中的损坏与失效模型

ABAQUS为材料失效提供了一个通用建模框架，其中允许同一种材料应用多种失效机制。材料失效就是由材料刚度的逐渐减弱而引起的材料承担载荷的能力完全丧失。刚度逐渐减弱的过程采用损伤力学建模。

为了更好地了解ABAQUS中失效建模的功能，考虑简单拉伸试验中的典型金属样品的变形。如图所示，应力应变图显示出明确的阶段划分，材料变形的初始阶段是线弹性变形（a-b），之后随应变的增加，材料进入塑性屈服阶段（b-c）。超过c点后，材料的承载能力显著下降直到断裂（c-d）。

最后阶段的变形仅发生在样品变窄的区域。c点表明材料损伤开始，也被称为损伤开始的标准。超过这一点之后，应力应变曲线由局部变形区域刚度减弱进展决定。根据损伤力学可知，曲线c-d可以看成c-d'的衰减，曲线c-d'是没有损伤的情况下，材料应遵循的应力应变规律曲线。

因此，在ABAQUS中 ，失效机制的详细说明里包括四个明显的部分：

材料无损伤阶段的定义（a-b-c-d'）；

损伤

开始的标准（c点）；

损伤发展演变的规律（c-d）；

单元的选择性删除，因为一旦材料的刚度完全减退就会有单元从计算中移除（d点）。

网格依赖性

在连续介质力学中，通常是根据应力应变关系建立材料的本构模型。当材料表现出导致应变局部化的应变软化行为时，有限元分析的结果带有强烈的网格依赖性，能量的耗散程度取决于网格的精简程度。在ABAQUS中所有可使用损伤演化模型都使用减轻网格依赖性的公式。这是通过在公式中引入特征长度来实现的，特征长度作为一个应力位移关系可以表达本构关系中的软化部分，它与单元尺寸有关系。

在此情况下，损伤过程中耗散的能量不是由每个单位体积衡量，而是由每个单位面积衡量。这个能量值作为另外一个材料参数，用来计算材料发生完全损伤时的位移。这是与材料断裂力学中临界能量释放率的概念一致的。此公式确保了合适能量的耗散以及最大程度减轻网格的依赖。