LS-DYNA单元失效关键字详解

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单元失效功能是为了克服有限元本身的缺陷而提出的一项方法,由于有限元本身是基于连续介质力学的,而在连续介质力学中,所研究的物体需要是连续的,既物质域在空间中连续。在这样的理论假设框架下,单元本身是不会消失的。然而在实际情况下,由于损伤断裂的存在,势必会使得一些单元消失或者完全的失效,所以为了能够模拟这种情况,DYNA 提供了单元失效功能。

破坏、失效、断裂,都是工程性的概念,它表示在达到某一准则后,结构、构件、或者构件中的某一部分,从结构中退出工作,不再影响整体结构的受力。从有限元概念上说,对上述机制的模拟,基本手段都是一样的,就是当满足某一指标(比如某个应变大小)后,将一个单元或者一个积分点的质量、刚度和应力、应变都设为零(或者非常接近于零),这样它在整体结构计算中就不再发挥作用,进而实现了退出工作机制的模拟。

故而,单元失效也即为ANSYS软件中的单元生死功能,单元失效并不是真的删除单元,而只是在后处理显示过程中,对已经所谓失效的单元进行了不显示处理。

在DYNA中,有部分材料有自己的失效定义,例如经常用于模拟钢筋的3号材料(关键字*MAT_PLASTIC_KINEMATIC),可通过指定FS参数,也即有效塑性应变来让单元失效,再比如经常用于模拟混凝土的159号材料(CSCM,连续盖帽模型,关键字*MAT_CSCM_CONCRETE)可通过指定ERODE参数,也即通过材料损伤值以及最大主应变的值来让单元失效。

然而自带失效参数设置的材料本构总体来讲比较少,更多的时候单元失效是结合关键字*MAT_ADD_EROSION来实现的,下面就详细解释下这个关键字的内容。

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MID: 失效材料编号

EXCL: 失效准则排除参数值,第一排和第二排失效准则的值只要取这个参数的值,则不会考虑。故而只考虑部分失效准则时,默认为0;考虑大部分失效准则时,应赋值

MXPRES: 最大静水压力,应取为正值,代表受压。所谓静水压力是三个主应力的平均值。本选项用于控制受压破坏

MNEPS: 最小主应变,也即第三主应变,为负值,控制受拉破坏

EFFEPS: 有效应变最大值,取正值;如果为负值,则代表最大有效塑性应变

VOLEPS: 最大体积应变,正值代表受拉,负值代表受压,是平均应变的三倍

NUMFIP: 单元失效删除前的积分点数目,注意壳单元时候的情况,默认为1

NCS:单元失效必须满足失效准则的个数,默认为1

MNPRES:与MXPRES相反,一般取负值,用于控制受拉破坏

SIGP1:第一主应力极限值,用以控制受压破坏

SIGVM :失效等效应力,如果需要考虑等效应力与等效应变率之间的关系,可设置为负值,定义一个曲线来表达

MXEPS: 与MNEPS相反,一般取正值,控制受压破坏,取负值定义一条曲线表达有效应变率的影响

EPSSH:最大拉伸剪切应变

SIGTH:与有效作用时间有关的失效判断相关参数;

IMPULSE:与有效作用时间有关的失效判断相关参数;

FAILTM:与有效作用时间有关的失效判断相关参数。

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