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Abaqus韧性断裂和脆性断裂仿真分析

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韧性断裂和脆性断裂是材料科学和工程领域中两个重要的破坏机制,它们反映了材料在外力作用下的不同反应行为。理解这两种断裂方式,有助于我们更好地设计和选择材料,以确保结构的安全性和可靠性。


   

韧性断裂

 

韧性断裂通常指的是材料在受到外力作用时,能够吸收大量的能量并发生明显的塑性变形,最终导致断裂的现象。韧性材料如钢铁,在受到拉伸或冲击载荷时,能够通过变形而导致断裂,而在这个过程中,材料会经历显著的应变。


‍‍‍‍韧性断裂的发生机制主要包括以下几个阶段

塑性变形:在达到材料屈服强度的过程中,材料会发生明显的形状变化。

颈缩:材料在局部区域会变得更细,这被称为颈缩,这是韧性断裂一个重要的标志。

裂纹扩展:随着应力的进一步增加,局部颈缩部位出现初始裂纹,并在继续加载的情况下扩展。



常见的韧性材料包括低碳钢、铝合金等。这些材料不仅具备良好的强度,而且能够承受一定的冲击而不发生突然断裂。工程上,韧性材料通常被用于需要承受动态载荷的结构中,比如桥梁、建筑物等。


‍‍‍‍


   

脆性断裂

 

脆性断裂是指材料在受到外力作用时,几乎没有或者很少的塑性变形,直接以断裂的形式失效。脆性材料如陶瓷或某些高强度钢,在受到一定的应力后,会迅速发生断裂,断裂通常是突然的,且缺乏明显的变形。


脆性断裂的发生机制相对简单,主要包括:

裂纹的形成:在高应力条件下,材料内部可能存在微小的缺陷或裂纹,这些缺陷会成为裂纹扩展的起始点。

快速裂纹扩展:在外力作用下,裂纹迅速扩展,导致材料整体的失效。这种扩展的速度通常非常快,且不伴随材料的塑性变形。


典型的脆性材料包括玻璃、陶瓷和某些类型的高强度钢。它们在应力集中或不均匀负载的情况下,可能会出现突然断裂。在结构设计中,脆性材料需要特别注意其承载能力和使用环境,以避免灾难性故障。


 

韧性断裂和脆性断裂案例


本例模拟拉伸圆柱断裂,分别给圆柱赋予韧性材料和脆性材料属性,对比断裂特性。圆柱一端固定,另一端拉伸25mm。

01

弹塑性材料

首先给圆柱赋予弹塑性材料,不赋予断裂参数,查看圆柱在拉力作用下变形情况。


建立常规的静强度工况step-1



下图是作用点的位移-力关系图

02

韧性断裂


这里需要增加韧性断裂参数,韧性断裂选择ductile damage,fracture strain设置断裂应变,suboption选项设置损伤演变规则。


由于模拟的是模型断裂,所以要设置断裂破坏准则,网格变形后删除。





03

脆性断裂


这里需要增加脆性断裂参数,韧性断裂选择Brittle cracking,fracture strain设置断裂应变,suboption选项设置损伤演变规则。



脆性断裂工况步需要改为显式动力学,打开非线性开关。


网格类型需要改为显式explicit




00 


   

总结

当结构赋予不同的材料属性,表现不同,弹塑性材料未设置断裂参数时,作用点力值随位移增加而快速增加,而后趋于稳定,当赋予韧性断裂参数时,开始随着位移增大力值快速变大,到达一定力值后结构发生塑变,力值缓慢增加,当达到断裂阈值时结构断裂,力值迅速下降为0,脆性断裂没有塑变阶段,达到最大值时迅速下降为0。在结构分析时针对不同的材料选择合适的断裂模型。



来源:一起CAE吧
ACTAbaqus显式动力学断裂非线性建筑裂纹材料
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-09-01
最近编辑:2月前
侠客烟雨
硕士 竹杖芒鞋轻胜马,一蓑烟雨任平生
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