Abaqus韧性断裂和脆性断裂仿真分析
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
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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。
