基于Abaqus的复合材料损伤模拟

本文基于Hashin 的理论纤维增强复合材料的失效起始判据，该理论包括了纤维拉伸断裂、纤维压缩屈曲、基体在横向拉伸和剪切下的断裂、基体在横向压缩和剪切下的压溃等失效模式的分析，主要包括以下几种形式：

在损伤发生前，M即单元矩阵，因此，一旦损伤开始，并在至少一种模式下开始演化，损伤算子在其他模式下的损伤起始判据开始显著。即代表了损伤处的真实承载能力。

损伤演化

通常 对于单层板的损伤演化，假定由材料的刚度逐渐退化导致失效。在失效前假定是线弹性的。对裂纹扩展的预测是基于能量耗散的理论。本节描述损伤开始以后的材料行为，材料的响应公式如下：

论）。

为了减缓网格依赖性对计算的影响，引入了特征单元长度。并以应力-位移曲线的形式给出材料的本构方程。曲线的前一段代表材料的线弹性行为，损伤起始后负的斜率则代表由损伤变量的发展导致的材料软化行

各失效模式下，对应于本构方程的应力和位移表达式分别为：

                                          图1-1  本构方程：应力-位移曲线

图1-2 单层板模型

数值算例

此处建立一宽10cm长50cm单向层合板如图2-2，在横向预制裂纹，并分析在拉伸载荷下的响应。定义铺层沿宽度方向，采用T700/QY8911为模拟对象，其材料性能如表1-1：

基于Hashin 断裂准则，定义材料的强度极限。如表1-2

采用位移加载形式进行计算，加载沿纤维方向，计算得到的应力分布如下：

在可见在预制裂纹处，应力集中比较明显，裂纹尖端的应力水平很高，随着载荷的加大，最终裂纹开始扩展，并将该单层板断裂成两部分。

图1-3 单层板应力

图1-4 裂缝扩展过程