首次失效分析

执行检查首次失效的分析。

作为渐进式失效分析的首次尝试,将使用每个面层 1 个单元的厚度方向网格密度和型芯的 1 个单元、总共 3 个夹层面板的厚度方向的单元。在这种情况下将使用 C3D8R(降阶积分单元)。

注: 可以使用整个层夹层结构的单个厚度方向的单元,但是,因为厚泡沫型芯具有相对较高的合规性,所以使用整个夹层结构的单个厚度方向的单元产生的结果会很不准确。

模型

EP1_1elemFace_1elemCore.inp

结果

下表显示预测每种失效事件的载荷级别。《理论手册》详细介绍了用于预测本地化基体失效和本地化纤维失效的准则。在该表中应强调,基体失效和纤维失效载荷级别指示首次检测到本地化基体或纤维失效的载荷。请注意,此首个基体失效或纤维失效的实例发生在模型的一个单元的材料层之一中的单个高斯积分点上。在包含数千个(或数百万个)高斯积分点的大型复合结构中,需要大量的本地化成分失效来检测复合结构的整体刚度中的任何明显更改。

全局结构失效可以按多种不同的方式定义,但出于此示例问题的目的,全局失效定义为复合结构的整体垂直载荷-位移曲线中较大的不连续性。复合结构的整体垂直变形的量化方式是使用问题说明部分的图像中标记为 0° 的载荷应用点处的垂直位移。由于载荷封头和适配器被视为具有刚性,所以载荷-位移曲线中较大的不连续性指示在特定的载荷增量中本地化材料失效会非常快速地增长(展开)。这会使复合结构的整体刚度发生较大的降级。

下图显示了复合结构的整体垂直载荷-变形曲线。请注意,结构的整体响应显示为线性上升至 57% 的载荷级别,在此时会发生全局结构失效。正如在下表中看到的那样,第一个本地化基体失效发生在 49% 的载荷处,而第一个本地化纤维失效发生在 57% 的载荷处。但是,在 49% 和 57% 之间的载荷范围内发生的所有本地化失效都不足以在复合结构的整体载荷-变形响应中生成可以直观地检测到的更改。当载荷从 57% 提升到 58% 时,将发生非常大的本地化失效层叠。此失效层叠足以减少 92% 的复合结构的垂直刚度。复合结构保持几乎线性上升到全局结构失效的这种行为在由脆性复合材料组成的结构中相当常见。

注:
  1. 载荷百分比范围为 0% 到 100%
  2. 全局失效被定义为之前显示的 0° 应用程序点载荷压头的载荷垂直位移曲线中出现了较大的不连续性。

此首个失效分析仅是为了提供可用于比较后续建模工作结果的基础级别的预测。