材料失效的模拟方法详解

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本文摘要：（由ai生成）

本文探讨了金属韧性材料在常温下的失效载荷数值模拟评估，强调失效准则的重要性。主要失效准则包括基于材料参数、引入损伤和计算发散的准则。LS-DYNA支持前两类准则，而ANSYS Workbench的静力学模块则支持第三类。文章详细阐述了前两种准则，强调它们在使用不同材料模型时的区别。这些评估方法对于理解金属材料失效行为和提高产品设计质量具有重要意义。

材料失效是一个复杂的过程，如何采用数值模拟方法对其进行评估，一直是一个难题。本文主要讨论的材料为金属韧性材料，在常温环境下，如何获取其失效载荷的方法。

金属材料失效模拟计算的核心：失效准则。目前主要有以下失效准则：

（1）材料参数失效准则，即可以使用应力或应变作为材料的失效判据，达到设置的失效参数，材料即可失效。该方法的特点是简单，参数易于获取，可以获得裂纹萌生到扩展的全过程，但是无法考虑到金属材料失效过程的损伤问题，可以考虑准静态和动态失效问题，也支持单模型和多模型失效问题（碰撞接触）。

（2）引入损伤的失效准则，该准则可以考虑损伤来较为准确的评估材料失效，但是材料的参数获取难度较大，需要复杂的实验支持。支持准静态和动态失效问题，也支持单模型和多模型失效问题（碰撞接触）。

（3）计算发散准则，该方法使用理想弹塑性材料模型+小变形进行材料非线性计算，设置简单，直到计算发散来获取到失效载荷，该方法只能获得失效载荷和大致的失效位置，但是无法获得裂纹从萌生到扩展的全过程，且只能考虑静态失效问题。

LS-DYNA支持以上的（1）和（2）方法， LS-DYNA是—款先进的通用有限元程序，能够模拟真实世界中的复杂问题。LS-DYNA广泛应用于汽车、航空航天、电子、船舶、土木工程、制造和生物工程等行业。在Linux、Windows和Unix操作系统的台式机或集群服务器上，LS-DYNA的分布式和共享内存式求解器，可在很短时间内完成每次作业。秉承“一个程序，一个模型，一个许可”的开发理念，通过LS-DYNA软件为用户提供无缝解决“多物理场”、“多工序”、“多阶段”、“多尺度”等工程问题的解决方案ANSYS Workbench的静力学模块支持（3）方法。本文重点介绍（1）和（2）方法，这两种方法主要区别是材料采用不同的材料模型，

（1）方法主要的材料模型如下：