The invention discloses an elastic-plastic damage finite element method considering the coupling of elastic-plastic and damage of composite materials, which belongs to the field of finite element analysis of mechanical properties of composite materials. In the plastic yield iteration, the softening effect of the damage state on the current stress in the previous incremental step is considered, so the damage degradation effect is considered in the elastic-plastic solution process, which reflects the interaction between the plastic behavior and the damage of the resin matrix composites under complex loading conditions. The invention can effectively describe the coupling relationship between elastoplasticity and damage of resin matrix composites, and can be applied to the development of elastoplastic damage constitutive model of composite materials in finite element software, the study of mechanical properties of new resin matrix composites and the fine modeling and analysis of related composite engineering structures, etc. The field of operation.
【技术实现步骤摘要】
考虑复合材料弹塑性与损伤耦合的弹塑性损伤有限元算法
本专利技术涉及复合材料力学性能有限元分析技术,尤其涉及一种考虑复合材料弹塑性与损伤耦合的弹塑性损伤有限元算法。
技术介绍
目前,复合材料已被广泛应用于军事装备、航空航天、民用工业等诸多领域,而复合材料在受载时表现出一定的非线性力学行为,并伴随着材料力学性能、结构承载能力和使用寿命的退化。因此,揭示复合材料在受载时的非线性力学行为并准确地预测分析该力学特性,对复合材料结构承载性能分析、结构力学性能优化设计、疲劳寿命预测具有重要的科研价值及工程意义。关于复合材料受载时的非线性力学行为,可归结为非线性的损伤退化行为以及复合材料基体塑性变形的累积。这两种非线性行为在加载作用下存在着相互耦合作用的关系。目前,已有关于复合材料的弹塑性损伤有限元算法被提出,并被应用于科研及工程
中。而关于复合材料弹塑性损伤行为预测的有限元算法中,主要分别孤立地考虑弹塑性阶段及损伤退化阶段,忽略了塑性屈服阶段中损伤与塑性之间的耦合作用关系,其主要表现在算法实现过程中采用前一增量步的状态量求解当前增量步的塑性屈服状态时,并未考虑到前一增量步中材料的损伤状态对当前判断屈服状态以及进入塑性屈服阶段的影响,导致最终无法描述树脂基复合材料在加载过程中非线性损伤与塑性之间的相互作用关系。并且,现有的商用大型有限元软件中,未见存在能够直接提供给用户对复合材料弹塑性连续损伤行为进行分析的模型,均需要用户自主编写子程序予以实现,而合适的可用于有限元中预测复合材料弹塑性连续损伤行为的算法是紧缺的,进一步增加了工程技术人员对复合材料结构的弹塑性损伤特性 ...
【技术保护点】
1.一种考虑复合材料弹塑性与损伤耦合的弹塑性损伤有限元算法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,开始当前增量步,读取前一时刻收敛状态量及当前增量步中应变增量;步骤2,假定当前步开始时无塑性应变增量,则当前步试用弹性应变由前一时刻收敛的弹性应变量与当前增量步应变增量线性叠加获取,通过弹性本构关系根据当前步的弹性试用应变获取当前的试用弹性应力,考虑前一增量步损伤状态对当前试用弹性应力的软化影响,得出当前试用弹性应力状态量;步骤3,判断材料屈服状态;若未进入屈服阶段,计算当前增量步状态量;若进入屈服阶段,对含损伤的塑性屈服阶段通过牛顿迭代法求解,迭代过程中每一迭代步的试用弹性应力计算均考虑前一增量步损伤状态的影响;步骤4,根据损伤力学模型,求解当前增量步中的损伤指标,更新损伤状态量;步骤5,求解并输出含塑性及损伤退化作用的状态量,予以保存,开始下一增量步。
【技术特征摘要】
1.一种考虑复合材料弹塑性与损伤耦合的弹塑性损伤有限元算法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,开始当前增量步,读取前一时刻收敛状态量及当前增量步中应变增量;步骤2,假定当前步开始时无塑性应变增量,则当前步试用弹性应变由前一时刻收敛的弹性应变量与当前增量步应变增量线性叠加获取,通过弹性本构关系根据当前步的弹性试用应变获取当前的试用弹性应力,考虑前一增量步损伤状态对当前试用弹性应力的软化影响,得出当前试用弹性应力状态量;步骤3,判断材料屈服状态;若未进入屈服阶段,计算当前增量步状态量;若进入屈服阶段,对含损伤的塑性屈服阶段通过牛顿迭代法求解,迭代过程中每一迭代步的试用弹性应力计算均考虑前一增量步损伤状态的影响;步骤4,根据损伤力学模型,求解当前增量步中的损伤指标,更新损伤状态量;步骤5,求解并输出含塑性及损伤退化作用的状态量,予以保存,开始下一增量步。2.根据权利要求1所述的考虑复合材料弹塑性与损伤耦合的弹塑性损伤有限元算法,其特征在于,步骤1中,读取前一增量步即第n步结束时材料单元网格积分点上的有效应力应变εn、塑性应变等效塑性应变值损伤状态量Dn以及当前增量步即第n+1增量步的应变增量△εn+1。3.根据权利要求2所述的考虑复合材料弹塑性与损伤耦合的弹塑性损伤有限元算法,其特征在于,步骤2具体为:假定当前无塑性增量以得出上标含trail表示试用状态量,上标含p表示塑性变量,上标含e表示弹性变量,为第n+1增量步的试用塑性增量,为第n+1增量步的试用弹性增量,为第n+1增量步的试用等效塑性应变;采用弹性本构模型并考虑前一增量步损伤状态量的退化作用得出当前试用应力状态量其中C为材料弹性刚度矩阵。4.根据权利要求3所述的考虑复合材料弹塑性与损伤耦合的弹塑性损伤有限元算法,其特征在于,步骤3具体为:...
【专利技术属性】
技术研发人员:任锐,马大为,张震东,
申请(专利权)人:南京理工大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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