结构损伤一致多尺度分析的关键是在不同尺度的模型衔接起来进行计算，为此首先需要将前述跨尺度界面单元衔接方法引入ABAQUS，按软件指定的格式引入跨尺度界面上须满足的位移约束方程。但是由于K2本身是奇异的，同时计算机有效位数是有限的，α过大会导致系统方程病态而使计算失效。根据所建立的结构一致多尺度模型并通过宏细观变量的跨尺度关联，便可实现结构损伤的并发多尺度计算。......
2023-08-26
结构损伤多尺度模拟与分析验证
【摘要】：在考虑材料损伤演化与失效过程的有限元分析中，损伤演化方程与结构平衡方程、几何方程、物理方程一起，构成基本方程组。目前耦合损伤的有限元计算方法主要有：全解耦方法。本章在上一章对两种多尺度方法基本理论介绍的基础上，分别阐述了两种多尺度分析方法在有限元计算软件ABAQUS中实施的算法流程与具体步骤，并通过算例分析以验证两种损伤多尺度分析方法各自的有效性和可行性。
在考虑材料损伤演化与失效过程的有限元分析中，损伤演化方程与结构平衡方程、几何方程、物理方程一起，构成基本方程组。而损伤多尺度分析的过程就需要应用前一章给出的损伤多尺度基本方程进行分析。目前耦合损伤的有限元计算方法主要有：
（1）全解耦方法。该方法假设材料损伤对结构中的应力场、应变场的影响很小，利用无损材料的本构关系、平衡方程求解应力场和应变场，然后代入损伤演化方程，得到损伤场随时间或载荷的变化历史，即损伤的演化过程。全解耦方法相对简单，由于不考虑损伤场的影响，使得损伤结构和无损结构的有限元计算方法在应力应变场计算方面完全相同。
（2）全耦合方法。结构损伤积累到一定程度将导致结构弹性模量等材料参数和力学性能变化，造成应力应变重分布，因此需要在应力应变场计算中计入材料损伤，且损伤场同时对应力场、应变场和位移场产生影响。采用含损伤的本构关系，用全耦合方法进行结构分析是严格和准确的，但由于损伤场与应力、应变场的耦合使有限元计算基本方程组为非线性的，因此计算工作量会大幅增加。
（3）半解耦方法。半解耦方法介于全解耦方法和全耦合方法之间，常用的做法是在本构关系中引入损伤，而在平衡方程中不考虑损伤的影响，此方法的工作量比全耦合方法小，而解的精度比全解耦方法高。具体而言，可以只通过有效应力的概念来表示损伤演化过程对应力的影响，再应用初始判别条件来衡量损伤对材料破坏的加速作用。
（4）局部耦合方法。众所周知，结构损伤在初期往往集中在一个小区域内，损伤材料的体积和整个结构相比很小，对这类问题，可在结构整体的分析中采用损伤变形全解耦的方法，而只在结构最危险的小区域内采用损伤和变形相耦合的方法。
上述分析方法中，全耦合方法求解精度最高；全解耦方法计算方法简单，但当损伤影响较大时解的误差将变得很大；半解耦方法介于全解耦方法和全耦合方法之间，此方法工作量比全耦合方法小，而解的精度比全解耦方法高；局部耦合方法适合于进行大型复杂结构的损伤和失效分析。
本章在上一章对两种多尺度方法基本理论介绍的基础上，分别阐述了两种多尺度分析方法在有限元计算软件ABAQUS中实施的算法流程与具体步骤，并通过算例分析以验证两种损伤多尺度分析方法各自的有效性和可行性。
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2023-08-26
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2023-08-26
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2023-08-26
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2023-08-26
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2023-08-26
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2023-08-26
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