基于能量的材料退化

将基于能量的材料退化方案用于渐进式失效。

注意:基于能量的材料降解功能仅受 Helius PFA 的 Autodesk Inventor Nastran 实现支持。此外,该功能当前仅适用于单向复合材料,而不适用于织物复合材料。

Helius PFA 对层内材料失效施行材料降解的默认方法一直是对每个成分材料的刚度进行瞬时降级,如先前的图形所示(单向复合材料中的损坏状态)。瞬时(或非常快速)退化适用于相对粗糙的网格。但是,如果将这同一方案应用于非常细化的网格,预测损坏将过快演变,从而导致过早全局失效预测。一般而言,预测的渐进式失效响应呈现出相当大的网格敏感度:粗糙网格预测的全局失效载荷过高,而细化的网格预测的全局失效载荷过低。

为减轻这种网格敏感度,更高版本的 Helius PFA 提供了可选的基于能量的材料降解方案。此基于能量的材料退化方案与产品的原始材料退化方案的不同点表现在以下两个方面。第一,在基于能量的退化方案中,刚度降级速率是有限的,而不是瞬时的。刚度降级的有限速率与其中出现材料失效的单元尺寸直接有关。一般而言,随着单元尺寸的减小,刚度降级的速率也会降低。反之,随着单元尺寸的增大,刚度降级的速率也会提高。相比之下,在产品的原始退化方案中,材料退化是瞬时的。第二,在新的基于能量的退化方案中,失效的材料的最终完全降级刚度为零。在原始退化方案中,失效的材料的最终完全降级刚度不为零,而是一个有限的用户指定值。

无论分析中采用的是何种刚度降级方案,您都必须为每个成分材料(纤维和基体)提供单个材料常量。但是,这些常量的解释会有所不同,具体取决于所选的退化方案。在基于能量的材料退化方案中,两个材料退化常量的解释如下:因每个成分材料的失效而被复合材料耗散的总能量密度。在原始默认退化方案中,两个材料退化常量解释为无量纲比值,用于相对于每个成分的原始未损坏刚度来定义每个成分的完全降级刚度。