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Gissmo失效模型簡介

嘉峪檢測網(wǎng) 2025-02-25 21:11

Gissmo 失效模型基于Johnson-Cook 斷裂模型發(fā)展起來，模型中考慮了材料從受損、非線性損傷積累到材料斷裂失效的過程，能預測材料在不同受力情況下裂紋的產(chǎn)生和擴展情況，非常適合于分析金屬板材在成形過程中的損傷和失效問題。

1、Gissmo 失效模型參數(shù)校準

Gissmo 失效模型中，包含以下三個主要準則：

(1) 路徑相關斷裂準則

在Gissmo 斷裂準則中，允許任意路徑的裂紋產(chǎn)生，裂紋的產(chǎn)生與否由損傷因子D 決定，如下式所示。

式中，n 為損傷積累指數(shù)，為等效塑性應變增量，為不同應力狀態(tài)下材料失效時的等效塑性應變。當損傷因子D=1 時，材料失效，裂紋產(chǎn)生。

(2) 路徑相關不穩(wěn)定性準則

以標準拉伸試驗為例，材料發(fā)生塑性變形后，繼續(xù)加載時，材料先發(fā)生頸縮(不穩(wěn)定性變形)，進而發(fā)生斷裂失效。不穩(wěn)定變形因子F 由下式所得。

式中，n 為損傷積累指數(shù)，為等效塑性應變增量，為不同應力狀態(tài)下材料產(chǎn)生不穩(wěn)定性變形時的等效塑性應變。當不穩(wěn)定變形因子F=1 時，標志著材料開始發(fā)生不穩(wěn)定性變形。

(3) 損傷與應力耦合準則

Gissmo 失效模型采用下式對材料真應力進行修正，當材料發(fā)生不穩(wěn)定性變形后，真應力逐漸衰減，材料失效時，應力衰減為零。

式中，Dc 為F=1 時對應的損傷因子值，m 為應力衰減指數(shù)，不同的m 值，應力衰減幅度不同。假設材料在某受力狀態(tài)下失效時等效塑性應變?yōu)?.25，則不同m 值對應的真應力衰減曲線如下圖所示。

圖1 某材料應力衰減指數(shù)對比曲線

2、Gissmo 失效模型參數(shù)校準

Gissmo 失效模型中，未知參數(shù)包括材料損傷指數(shù)n、不同受力狀態(tài)下失效時的等效塑形應變、發(fā)生不穩(wěn)定性變形時的等效塑形應變以及應力衰減指數(shù)m。

可通過相關試驗準確測量上述參數(shù)值，但成本及周期相對較長，一般也可針對各組試驗，基于試驗結(jié)果中的載荷-位移曲線，采用LS_OPT 中的參數(shù)反求法來得到Gissmo 失效模型中的各個參數(shù)值，參數(shù)反求流程下圖所示。

圖2 Gissmo 失效模型參數(shù)反求流程圖

參數(shù)反求中，考慮各向異性和應變速率對材料本構(gòu)模型的影響，需要輸入不同應變速率下的真應力-真應變曲線。為了兼顧計算結(jié)果的準確性和計算時間的經(jīng)濟性，選定目標區(qū)域網(wǎng)格大小為0.5 mm。參數(shù)反求結(jié)果如下圖所示，如某材料參數(shù)反求中載荷-位移曲線的均方誤差如表1 所示。從結(jié)果可知，參數(shù)反求結(jié)果中，數(shù)值模擬與試驗的載荷-位移曲線吻合度較高，曲線間的均方誤差較小，均小于3%。

表1 參數(shù)反求中載荷-位移曲線的均方誤差

通過參數(shù)反求，得到Gissmo 失效模型參數(shù)如表2 所示，對應得到的不穩(wěn)定性變形曲線及失效曲線。

表2 Gissmo 失效模型優(yōu)化參數(shù)值

（a）拉伸試驗樣件優(yōu)化過程

（b）缺口試驗樣件優(yōu)化過程

（c）剪切試驗樣件優(yōu)化過程

（d）優(yōu)化結(jié)果

3、網(wǎng)格尺寸效應的影響

研究指出，在進行數(shù)值模擬分析時，網(wǎng)格尺寸不同，計算結(jié)果不同。即不同的網(wǎng)格尺寸，計算得到的Gissmo 失效模型中材料失效時的等效塑性應變值和應力衰減指數(shù)m 也不同。Gissmo 失效模型通過網(wǎng)格依賴性因子來考慮網(wǎng)格尺寸效應的影響。