定义 Helius PFA 复合材料
使用 MATPFA 条目定义复合材料响应。
MATPFA 字段
附录 A 提供了每个 MATPFA 字段的详细说明，包括每个字段的允许值范围，以及每个字段对于用于表示每个材料的多量程本构关系的影响。每个 MATPFA 字段的简要说明如下所示。
材料标识号 (MID) - MATPFA 材料卡的通用材料标识号。该标识号在特性定义中进行调用，以便将特性与相应的材料相关联。
Helius PFA 材料标识号 (MIDH) - 在材料目录的 HPFAMatDB.xml 文件中找到的 Helius PFA 材料标识号。有关 Helius PFA 材料 ID 编号的详细信息，请参见附录 A.2。
主材料坐标系 (PDIR) - Helius PFA 采用复合材料的主材料坐标系表示本构关系并计算应力。PDIR 字段指定将使用的主材料坐标系的特定取向。
- 单向微观结构：默认的主材料坐标系通过以下方式来定向：“1”方向与纤维方向对齐，而“2”和“3”方向位于横向各向同性的材料平面。通过将 PDIR 字段设为值 1，可以选择此默认主材料坐标系取向。但是，如果要方便或简化模型创建过程，您可以更改主材料坐标系的取向，以便“2”方向与纤维方向对齐，而“1”和“3”方向位于位于横向各向同性的复合材料平面。通过将 PDIR 字段设为值 2，可以选择这一主材料坐标系替代取向。通常，PDIR 字段的数值用于标识与纤维方向对齐的特定主材料轴。
- 织物微观结构：默认的主材料坐标系通过以下方式来定向：“1”方向与填充牵引方向对齐，而“2”方向对应于扭曲牵引方向，“3”方向对应于平面外方向。通过将 PDIR 字段设为值 1，可以选择此默认主材料坐标系取向。但是，如果要方便或简化模型创建过程，您可以更改主材料坐标系的取向，以便“2”方向与填充牵引方向对齐，而“1”方向对应于扭曲牵引方向。通过将 PDIR 字段设为值 2，可以选择这一主材料坐标系替代取向。此外，您可以更改主材料坐标系的取向，以便“3”方向与填充牵引方向对齐，而“2”方向对应于扭曲牵引方向。。通过将 PDIR 字段设为值 3，可以选择这一主材料坐标系的特定取向。通常，第二个用户材料常量的数值用于标识与填充牵引方向对齐的特定主材料轴。
失效理论 (FT) - FT 字段是失效理论标志。失效理论标志指定用于评估复合材料中的失效萌生的准则。默认值是 MCT。 其他有效选项包括：
- STRESS - 最大应力
- STRAIN - 最大应变
- HILL（仅单向）- Tsai-Hill
- TSAI（仅单向）- Tsai-Wu
- CHRIS（仅单向）- Christensen
- HASH（仅单向）- Hashin
- PUCK（仅单向）- Puck
- LaRC02（仅单向）- LaRC02
- USER - 用户定义
基体失效后刚度 (MPSTIF)/基体降级能量 (MDE) - 对于不使用基于能量的降级的分析而言，MPSTIF 字段是用于定义基体成分失效发生后，基体成分受损弹性模量的分数。具体而言，该值是失效的基体成分模量与未失效的基体成分模量之间的比率。值为 0.1 表示在某个积分点处发生基体失效后，所有六个基体成分模量（
、
、
、
、
、
）都将减少到原始未损坏基体成分模量的 10%。基体失效后刚度值必须大于 0，且小于或等于 1。默认情况下，基体失效后刚度值设为 0.1。对于使用基于能量的降级的分析而言，假定在发生失效事件后合成刚度呈线性降级，则 MDE 字段表示基体失效前后耗散的总能量。具体而言，在发生基体失效事件后，复合材料
、
、
、
和 
将根据此能量、纤维失效时复合材料的应力状态和单元体积进行降级。纤维失效后刚度 (FPSTIF)/纤维退化能量 (FDE) - 对于使用瞬时降级的分析而言，FPSTIF 字段是用于定义纤维成分失效发生后，纤维成分受损弹性模量的分数。 具体而言，该值是失效的纤维成分模量与未失效的纤维成分模量之间的比率。值 0.01 表示在某个积分点处发生纤维失效后，所有六个纤维成分模量（
、
、
、
、
、
）都将减少到原始未损坏纤维成分模量的 1%。纤维失效后刚度值必须大于 0 且小于或等于 1。纤维失效后刚度的默认值自动设置为 1E-06。对于使用基于能量的降级的分析而言，假定在发生纤维失效事件前后合成刚度呈线性降级，则 FDE 字段表示纤维失效耗散的总能量。具体而言，在发生纤维失效事件后，复合材料
、 和 将根据此能量、纤维失效时复合材料的应力状态和单元体积线性降级。损坏演变方法 (DEVO) - DEVO 字段允许您选择瞬时或基于能量的损坏演变方法。值 INSTANT 用于激活瞬时降级，而值 EBD 用于激活基于能量的降级。
- 瞬时降级：如果瞬时降级功能处于激活状态，则 Helius PFA 会立即将复合模量的刚度降低至其最小值。应当强调的是，失效成分的刚度瞬时缩减将有效地导致成分和复合材料的不连续的分段线性应力/应变响应。但是，当此离散材料响应类型独立应用于大型有限元模型中的每个积分点处时，最终结果是复合结构的整体刚度逐渐（或渐进式）降级（因此命名为渐进式失效分析）。
- 基于能量的降级（仅单向材料）：如果基于能量的降级功能处于激活状态，则在保留 MDE 和 FDE 字段中给定的能量时检测到失效事件的情况下，Helius PFA 将以线性方式将复合模量的刚度逐渐降低至其最小值。在触发失效准则后，随着复合材料应变状态在超过失效初始时的级别后持续增加，合成刚度将通过应用一系列离散刚度缩减而逐渐降低。受影响的特定刚度完全取决于已触发的成分失效。此功能仅与 MCT 失效准则和单向材料兼容。
失效前非线性 (PRENL) - PRENL 字段用于激活或取消激活产品的失效前非线性功能。它是一个可选标志，仅适用于使用 MCT 失效准则的复合材料。值 ON 将激活失效前非线性功能，而默认值 OFF 将取消激活失效前非线性功能。 如果失效前非线性功能处于激活状态，Helius PFA 将明确考虑非线性纵向剪切应力-应变响应，其通常出现在纤维增强复合材料中。失效前非线性功能对基体成分材料的纵向剪切刚度实施一系列离散缩减，从而导致复合材料的非线性纵向剪切响应与实验测量的数据更加匹配。应当强调的是，失效前非线性功能仅影响复合材料的纵向剪切模量（即，
与 
，以及 
与 
），而其他四个复合材料应力和应变分量的响应仍不受此功能影响。此外，失效前非线性功能将不改变复合材料发生失效时的剪切应力级别；但是，这将导致在发生失效前复合材料的纵向剪切变形的整体增加。温度 (TREF) - TREF 字段用于指定对应于要在分析中使用的材料数据文件（mdata 文件）中的环境的温度值。例如，如果 mdata 文件包含在 600、650、700 R 下特征化的环境并且 TREF 字段的值为 650，则在 650 R 下存储的特征将用于分析。温度值以及湿度标志（MOIST 字段）用于完全指定要在分析中使用的环境。如果 mdata 文件包含一组特性，TREF 字段可以保留为空。
如果 TREF 字段的值设为 -1.0，将激活温度相关性功能。当温度相关处于活动状态时，对于位于材料文件中存储的最低和最高温度点范围内的任何给定温度，产品将线性插入复合材料和成分特性。对于低于最低存储温度基准的温度，Helius PFA 将使用最低温度基准时刻存储的材料特性（不会推算超出边界存储温度数据点的特性）。此方法同样适用于高于最高存储温度基准的温度。有关 Helius PFA 中温度相关材料特性的更多信息，请参见《理论手册》。
湿度 (MOIST) - MOIST 字段用于指定对应于要在分析中使用的材料数据文件（mdata 文件）中的环境的湿度标志。可用选项包括：AMBIENT、DRY 和 WET。 默认情况下，MOIST 设为 AMBIENT。 例如，如果 mdata 文件包含以环境、湿和干等干湿度条件为特征的环境，并且 MOIST 字段的值已设为 DRY，则成分的干性特性将用于分析。 湿度标志以及温度值 (TREF) 用于完全指定要在分析中使用的环境。如果 mdata 文件包含一组特性，则 MOIST 字段可保留为空。
辅助准则参数 1 (F/ALPHA) - 用于指定一些辅助失效准则的参数。如果选择 Tsai-Wu，此常数表示叉积术语，即 f*。如果选择 Hashin，此常数表示纵向剪切应力对纤维失效准则的贡献，即 α。
辅助准则参数 2 (SBIAX) - 用于为 Tsai-Wu 失效准则指定失效时等双轴应力（σ11 和 σ22 的组合）。如果该值为未知，可以将其保留为 0。
渐进式失效分析类型 (PFTYPE) - PFTYPE 字段用于激活或停用产品的渐进式失效分析功能。如果渐进式失效功能处于激活状态，当失效由所选失效准则预测时，Helius PFA 将根据所选损坏演变方法对单元刚度进行降级。如果该功能处于取消激活状态，则在整个分析过程中单元刚度将保持不变。这通常称为线性分析。
- 单向微观结构：值 1 将激活渐进式失效分析功能，而值 0 将取消激活渐进式失效分析功能。
- 织物微观结构：值 0 将取消激活渐进式失效功能。值 1 将激活渐进式失效功能，并使用材料数据文件中的基体和纤维退化级别来计算失效材料特性。值 2 将激活渐进式失效功能，并使用由 MPSTIF/MDE 和 FPSTIF/FDE 字段指定的基体和纤维退化级别来计算失效材料特性。如果选择值 2，每个织物材料将添加大约 45 至 60 秒的预处理时间。值 1 将不添加预处理期间的运行时间，因为失效材料特性已存储在材料文件中。
静水强化 (HYDRO) - HYDRO 字段是可选字段，仅适用于使用 MCT 失效理论的单向复合材料。它用于激活或取消激活产品的静水强化功能。值 ON 将激活静水强化功能，而默认值 OFF 将取消激活静水强化功能。 如果静水强化功能处于激活状态，则在存在静水压缩应力时，Helius PFA 会明确考虑实验观察复合材料强化。如果基体成分中的静水压缩应力超出了阈值，将根据基体成分中的静水压缩应力级别，向上缩放基体成分和纤维成分中的强度。