MF GenYld + CrachFEM(以下简称CrachFEM)是一款用户自定义材料本构模型,能够与主流显式求解器,如LS-Dyna, PAM-Crash, Abaqus, Radioss等联合使用。根据材料失效机理的差异CrachFEM失效模型分为FLC颈缩失稳准则(local instability)、正向断裂(ductile normal fracture)和剪切断裂(ductile shear fracture)准则三种类型。颈缩失稳主要用于壳单元,正向和剪切断裂支持壳单元和实体单元模拟。
正向和剪切断裂是材料断裂最常见的两种形式,这里的“正向”和“剪切“并非指的是应力状态,而是材料断裂时(断口)的形式。正向断裂的断面微观体现为材料微孔体积增加、最终断面粗糙且与表面垂直;而剪切断裂则有明显的剪切滑移带、断面光滑且程较大角度。在完成断裂试验后,可以通过观察断口形式来判断,并选择合适的断裂准则进行失效参数标定。
一般来说,韧性较好(延伸率大)的金属材料,如结构钣金和挤压铝合金等,断裂多为剪切断裂;而韧性较低或者脆性金属,如铸铁和铸铝等,断口则是以正向断裂为主。当然实际情况可能更复杂,即存在正向-剪切混合断裂的情况。
CrachFEM失效准则通过引入参数β(正向断裂)和θ(剪切断裂)模型描述不同应力状态下的失效应变,其中参数β与应力三轴度η和主应力比强相关,参数θ与应力三轴度和剪应力比强相关。上述β模型和θ模型皆为参数化定义的三维应力失效曲面,可用于实体(solid)的失效分析,且可以向下兼容壳单元(shell)的失效分析。
CrachFEM的正向和剪切失效准则还支持失效的应变率效应和各向异性模拟,尤其适合模拟挤压铝合金或者复合材料这类失效特性和应变率和材料方向强相关的材料。
开发卡片时,需要开展多种典型的材料样件试验,每种样件对应特定应力状态,并通过断口测量结果来估计断口处的真实失效应变。上述测试结果结合韧性正向β和剪切θ失效模型,能够拟合获得断裂失效极限曲面/线。