力学与失效英文2024被引 24

基于3D Hashin失效准则的层合纤维增强复合材料增强型渐进损伤模型：多尺度分析与验证

An Enhanced Progressive Damage Model for Laminated Fiber-Reinforced Composites Using the 3D Hashin Failure Criterion: A Multi-Level Analysis and Validation

Yichen Zhang, Wim Van Paepegem, Wouter De Corte · Department of Structural Engineering and Building Materials, Faculty of Engineering and Architecture, Ghent University, Tech Lane Ghent Science Park 60, 9052 Zwijnaarde, Belgium

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期刊 / 来源Materials

卷/期/页17 / 21 / 5176

DOI10.3390/ma17215176

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关键词：渐进损伤模型3D Hashin失效准则纤维增强复合材料VUMAT子程序多尺度分析网格依赖性非单调加载

摘要整理

本论文在ABAQUS/ExplicitTM 2021框架内，通过VUMAT子程序，提出了一种基于3D Hashin失效准则的增强型渐进损伤模型（PDM）。该模型通过精确计算损伤变量并适应非单调加载条件，从而提升了复合材料在弹性阶段和软化阶段的力学性能表征和损伤演化描述能力。在随后的多尺度验证中，结果表明该模型在单元层面能够准确模拟主要的失效模式，并有效减小了单元尺寸对结果的影响，确保了在非单调加载下可靠的行为表征。在层合板层面，该模型能够准确预测开孔单层板和层合板的弹性行为和损伤演化，并清晰展示了最终破坏时的裂纹带。本文还强调了正确选择特征长度的重要性，以及如何通过选取合适的特征值来最小化网格尺寸的影响。与ABAQUS内置的2D模型相比，本研究开发的3D VUMAT子程序展现出更高的精度和有效性，证实了其在表征纤维增强聚合物（FRP）材料力学行为和损伤机制方面的价值。该增强型3D PDM能够准确表征复合材料在简单或复杂应力状态下，以及单调或非单调加载过程中的软化行为，有效最小化网格依赖性，并合理捕获失效裂纹带，使其适用于未来在复杂三维应力状态下复合材料模型的模拟和数值问题的解决。

基于3D Hashin失效准则的层合纤维增强复合材料增强型渐进损伤模型：多尺度分析与验证

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