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金属构件韧性断裂机理研究对于新型延性材料缩短其工程应用周期及减少物理试验量等方面具有重要意义.基于连续损伤力学理论提出了一种改进的三应力不变量延性金属断裂模型,该模型考虑了静水压力和Lode角对损伤变量的影响.然后,以商业有限元分析软件ABAQUS为平台,通过编写用户材料子程序VUMAT的方式将该模型嵌入准静态算法主程序.通过对四种高强度变形铝合金2A12-T4板材的拉伸渐进破坏过程的试验及数值分析研究,验证了该模型的有效性.结果表明,该模型可很好地预测延性金属材料自裂纹萌生、扩展直至完全断裂的全过程.

关键词: 延性金属材料 , 断裂 , 连续损伤力学 , 渐进破坏

塑性损伤的发展与应用

张丁非 , 戴庆伟 , 胡耀波 , 齐福刚 , 李鹏程

材料工程 doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2011.01.020

本文介绍了塑性损伤的机制和建立塑性损伤模型的一般方法;系统地分析比较了基于连续介质力学、细观力学、连续损伤力学等多种损伤理论,推导了它们之间的内在联系;综述了三轴度、应变路径、组织等对塑性损伤的影响,重点阐述了损伤-塑性流变的耦合分析;还介绍了电阻测量、统计与定量表征、有限元等塑性损伤的分析方法;并且分析了目前塑性损伤研究中存在的问题,同时指明了发展方向.

关键词: 塑性损伤 , 损伤模型 , 塑性流变 , 连续损伤力学

含损伤复合材料的湿热弹性响应

边文凤 , 金平 , 杜善义

复合材料学报

依据不可逆热力学理论，未引入任何附加假设，建立了湿热弹性各向异性损伤复合材料的一般理论。应用建立损伤本构方程的本构泛函展开法，推导出湿热弹性损伤材料全部本构方程的一般形式，其中包括比自由能密度表达式、应力-应变关系、熵密度方程、损伤应变能释放率表达式、吸湿对偶力表达式、湿-热-固-损伤耦合的热传导方程和损伤演化方程。研究表明，在本构方程中含有若干损伤效应函数，表征损伤对材料宏观力学性能与湿、热性能的影响，其具体形式可由细观力学解确定，从而使连续损伤力学与细观损伤力学有机结合在一起。最后，从细观力学与实验观测两个角度，举例说明损伤效应函数与系数张量的确定方法，为分析变温变湿环境下复合材料的损伤问题提供重要的理论依据。

关键词: 连续损伤力学 , 不可逆热力学 , 本构方程 , 湿-热-固-损伤耦合 , 张量

纤维金属层板低速冲击试验和数值仿真

陈勇 , 庞宝君 , 郑伟 , 张志远

复合材料学报

为开展纤维金属层板(FML)低速冲击有限元数值仿真研究,改进了传统的连续损伤力学(CDM)模型,然后对FML落锤低速冲击试验进行数值仿真,并与实验结果进行对比验证.分别采用5.11J和10.33 J冲击能量对FML进行落锤低速冲击试验,得到冲击载荷、位移和能量时程曲线,分析FML的动态响应和失效模式.建立了考虑塑性应变、压缩刚度衰减特征和纤维拉伸断裂损伤的新CDM模型,描述S2玻璃纤维/环氧树脂(S2 galss/epoxy)复合材料的损伤本构,并编写VUMAT子程序,通过ABAQUS/Explicit求解器对FML落锤冲击试验进行数值仿真.研究结果表明:低能量冲击条件下,FML背面主要为鼓包和裂纹等失效模式,位移峰值随冲击能量的提高而增加,冲击载荷峰值在穿透前也随冲击能量的提高而增加;采用改进的CDM模型描述FML中S2 galss/epoxy复合材料铺层后,有限元数值计算可以较好地预测FML低速冲击载荷下的动态响应;有限元数值仿真结果表明,FML中第2层复合材料铺层发生的纤维断裂损伤比第1层的更严重.

关键词: 纤维金属层板 , 冲击 , 连续损伤力学 , 塑性 , 数值仿真

基于连续损伤力学的复合材料单剪螺栓连接强度估算策略

何柏灵 , 葛东云 , 杜旭朕 , 莫与明

复合材料学报 doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160411.001

针对中国缺少T800级复合材料螺栓连接设计参数的问题,发展一种综合连续损伤力学(CDM)和工程算法的单剪连接强度估算策略,以替代试验,降低研究周期和成本.在该强度估算策略中,首先建立试件的CDM有限元模型,通过数值模拟得到单剪螺栓连接的设计参数,包括单剪挤压强度修正系数、无缺口层合板拉伸强度和应力集中减缓因子等.随后根据上述参数,建立工程算法,估算复合材料单剪螺栓连接的最终挤压强度.结果表明:通过该策略得到的T800级复合材料螺栓连接设计参数和强度估算结果与试验结果有较好的一致性,说明该强度估算策略的可行性.

关键词: 复合材料 , 单剪连接 , 设计参数 , 连续损伤力学 , 工程算法

2.5D C/SiC复合材料连续损伤本构模型

薛建刚 , 高希光 , 方光武 , 张盛 , 宋迎东 , 王芳

复合材料学报 doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20150921.001

基于连续损伤力学建立了一种包含拉伸与剪切损伤变量的2.5D C/SiC复合材料连续损伤本构模型.分别开展了拉伸和剪切试验,获得应力-应变曲线,并通过拟合试验曲线获得各损伤变量的演化参数.采用子程序技术将本构模型嵌入商用有限元软件ANSYS,应用有限元法计算了材料的应力-应变曲线.考虑了拉剪损伤耦合效应,计算了偏轴拉伸情况下的应力-应变曲线.结果表明:沿经纱拉伸、沿纬纱拉伸以及面内剪切的应力-应变曲线与试验结果吻合,最大偏差依次为4.30％、3.09％及3.73％;偏轴拉伸计算与试验应力-应变曲线也吻合较好.

关键词: 2.5D C/SiC复合材料 , 连续损伤力学 , 本构模型 , 二次开发 , 拉剪损伤耦合