LSDYNA材料失效系列(3)|低碳钢和铸铁拉伸压缩失效仿真

1.材料拉伸及压缩力学性能

1.1低碳钢拉伸力学性能

下图为低碳钢的拉伸与载荷曲线，相信学过材料力学的都不陌生。低碳钢是典型的塑性材料，其加载曲线反映了材料失效的四个阶段，分别为弹性阶段，塑性阶段，强化阶段和局部收缩阶段。在局部收缩阶段，试件变形将集中发生于某一局部长度范围之内。此处的横截面显著缩小，也就是我们熟悉的“缩颈现象”。由于发生缩颈现象的横截面变小，其拉力变小，故应力也变小，最终试件在缩颈处断裂。低碳钢断口呈现杯锥状，断口处有明显的倾斜面，倾斜面与试件轴线大致成45°方向，这说明低碳钢拉伸破坏是由于45°方向斜截面的最大切应力导致的。

图1 低碳钢拉伸曲线

1.2铸铁压缩力学性能

图2 铸铁压缩应力应变曲线

2.LSDYNA关键词卡片介绍

本文的目的是模拟低碳钢的拉伸破坏和铸铁的压缩破坏。LSDYNA模拟材料破坏失效需要用到关键词*MAT_ADD_EROSION。

图3 关键词卡片

3.基于GISSMO的损伤模型

GISSMO模型已经被集成在了LSDYNA中，可通过关键词*MAT_ADD_GISSMO调用。下图为GISSMO关键词卡片：

图4 GISSMO关键词卡片

4.低碳钢拉伸仿真

图5 低碳钢拉伸失效断口形状

图6 额外使用失效模型和使用自带失效模型结果对比（上：GISSMO;下：MAT_24自带失效）

图7-图8展示了铸铁在压缩过程中的破坏现象，不难看出，在压缩载荷下，铸铁沿着与轴线大致成45°的倾斜面断开，与实验现象是一致的。

图7 铸铁压缩实验断口沿着一条倾斜线断开