材料失稳

塑性变形可分为两个阶段，在工程应力达到抗拉强度之前为均匀塑性变形，超过抗拉强度后出现颈缩现象（材料失稳），发生局部集中塑性变形。对于常规的有限元算法，真实应力应变曲线出现下降段（材料失稳）以后，隐式算法往往表现出结果分叉，不收敛的情况，显式算法则表现出强烈的网格依赖性。

材料失效与应力三轴度

对现有金属材料研究发现，失效应变受应力状态影响，材料所受应力状态不同时，材料内产生的塑性变形与应力集中程度将不同，材料失效应变也会发生变化。

下图为某铝合金材料失效塑性应变与应力三轴度的曲线。

累积损伤算法现有的结构损伤分析中，大多数采用线性累积损伤算法（如JC失效模型），不能准确反映实际的非线性累积损伤过程。非线性累积损伤模型相比线性累积损伤模型更能准确反映出实际的非线性累积损伤过程，而线性累积损伤模型偏保守。

                                                    不同失效准则和不同累积损伤算法的仿真差别

GISSMO失效模型

单元尺寸对失效应变的影响由于材料失稳后的应变带有强烈的网格依赖性，而损伤及失效应变均和材料失稳后的应变相关，为了消除单元尺寸对失效应变的影响，GISSMO本构中引入了单元尺寸和失效应变归一化因子LCREGD。

实例验证以简单的单轴拉伸试验为例：损伤阀值DCRIT设定为0.5时计算结果如下：

                                               材料失稳时应变，损伤，应力三轴度急剧增加

损伤阀值DCRIT设定为1.0时计算结果如下：

                                             材料不发生失稳时单元几乎同时失效，有一定随机性

材料不发生失稳时无法构建应力下降段

                                                                      结果对比

当材料出现失稳时，塑性应变，损伤，应力三轴度在很短的时间内急剧增长，需在失稳时间内加密输出频率才能捕捉到峰值（损伤阀值0.5的例子在最小时间步长的输出时间间隔内依然未捕捉到损伤为1的时刻点）。                                                                                                                                             

Dyna中GISSMO和JC失效模型比较  

JC失效模型无法模拟材料失稳过程，损伤计算只能是线性累积，失效应变与应力三轴度只能是单调的关系；   GISSMO失效模型可以模拟材料失稳过程，损伤计算为非线性指数累积，失效应变与应力三轴度可以不是单调的关系。是一种更符合实际的失效模型。                                                                                   

更多分享，详见微信公众号：共享CAE