Radioss中破坏模型FAILTAB1详细介绍

在󰀁Radioss󰀁的破坏模型中，/FAIL/TAB1󰀁是一个用于描述延性破坏并且功能强大的破坏模型。相对于Radioss󰀁中的另两种破坏模型󰀁FAIL/JOHNSON 和 /FAIL/BIQUAD󰀁的参数输入方式，/FAIL/TAB1󰀁能支持完整曲线的输入，全面地描述破坏信息，并且它还可以考虑材料破坏受不同应变率，网格单元大小，甚至不同温度的影响。

塑性破坏应变和应力三轴度（stress triaxiality）的破坏曲线通过/FAIL/TAB1 输入

弹塑性材料破坏模型/FAIL/JOHNSON、/FAIL/BIQUAD󰀁和/FAIL/TAB1󰀁均需要定义材料塑性破坏应变εf 和应力三轴度σ*的关系。通过/FAIL/TAB1󰀁能将εf -σ* 破坏曲线完整地输入，这样就能将某些材料的εf -σ*曲线局部最大值轻松地体现出来，且能保证精度。 破坏曲线是使用/FAIL/TBA1󰀁模型中的󰀁table1_ID󰀁定义。

实例：使用/TABLE 一维（即dimension=1）设置εf -σ * 破坏曲线

支持应变率

有时材料的破坏曲线与应变率有关，/FAIL/TAB1可以针对应变率的影响在 /TABLE 中进行定义。 下图是一个设置/TABLE考虑应变率的实例。

实例：使用/TABLE 二维（即dimension=2）设置不同应变率下的破坏曲线

实例中，同时输入三条不同的破坏曲线，可以在后方填写相对应的应变率数值。

考虑罗德角的材料破坏面

使用/FAIL/TAB1用于模拟3D（实体单元）的破坏曲线时可以设置和罗德角的关系，在/FAIL/TAB1中table1_ID卡片加入关于罗德角的曲线关系。如此，关于三轴应力和罗德角构成的完备的材料破坏面就可以描述出来。*关于罗德角（Lode Angle）的介绍，请参考上一篇公众号文章《Radioss破坏模型/FAIL/JOHNSON和/FAIL/TAB1》。

罗德角θ以及罗德角参数ξ 有以下特点:

罗德角参数ξ 罗德角θ 应力状态

轴对称拉伸 1 0

平面应变 0 30

轴对称压缩 -1 60

下图是通过三轴应力和罗德角参数描述的材料破坏的曲面，以及描述该曲面的一些实验数据点。

不同的实验所对应的应力状态和罗德

实例：使用/TABLE 三维（即dimension=3）来描述关于三轴应力，罗德角参数以及应变率的材料破坏曲面

通过上方的定义，考虑了应变率和罗德角对破坏曲线间的影响，会形成下图的失效面

/FAIL/TAB1定义破坏受网格单元大小、温度的影响

/FAIL/TAB1 考虑关于单元网格以及温度所引起的材料破坏的变化。它通过一定的比例进行缩放，所以破坏曲线计算如下

公式中 Xscale1是一个总缩放因子，factorel 是基于网格大小的缩放因子，而 factorT 是基于材料温度影响的缩放因子。

下面详细介绍 factorT 和 factorel 两种因子：

单元网格大小的影响factorel

在仿真计算中单元网格的大小会影响到材料的破坏形态，通常细密网格的模型中材料破坏的要晚于粗大网格的模型。由于不同模型中使用的网格大小不同，所以根据单元大小来相应缩放材料破坏应力就方便多了。

在Radioss中这个单元网格的缩放因子如下考虑：

式子中𝑓𝑒𝑙（通过

𝑆𝑖𝑧𝑒𝑒𝑙

𝑆𝑖𝑧𝑒𝑒𝑙𝐸𝑙_𝑟𝑒𝑓

）是关于单元大小的比例系数的曲线（破坏应变-相对单一大小的曲线），用户可以在

𝑓𝑐𝑡_ 𝐼𝐷𝑒𝑙中输入该曲线中输入该曲线。𝐹𝑠𝑐𝑎𝑙𝑒𝑒𝑙 是这个曲线的调节比例。那么对于单元大小的对应参考关系需

𝐸𝑙_𝑟𝑒𝑓

来设定，𝐸𝑙_𝑟𝑒𝑓是参考单元大小。例如用户对标模型中的单元所使用的尺寸。应用到其它模

型中，可以通用𝑆𝑖𝑧𝑒𝑒𝑙设定单元大小。

实例，对标实验中的单元大小为2mm，那么El_ref =2，然后同样的模型，使用不同的单元大小，得到相同受力状态下破坏的应变，那么就可以得出下面的曲线。

温度的影响

相同材料在不同温度下的破坏应变会不同，这个温度的影响在/FAIL/TAB1中时作为缩放因子考虑的。

𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑇=𝐹𝑠𝑐𝑎𝑙𝑒𝑇∗𝑓𝑇(𝑇𝑠𝑡𝑎𝑟)

这里𝑓𝑇(𝑇𝑠𝑡𝑎𝑟) 是考虑温度影响的缩放比例曲线，用户可以通过fct_IDT中输入。𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑇是这个曲线的比例调节系数。

这个曲线的横坐标是相对温度T*=𝑇

𝑇−𝑇𝑖𝑛𝑖

𝑚𝑒𝑙𝑡−𝑇𝑖𝑛𝑖

，式子中的𝑇𝑖𝑛𝑖和𝑇𝑚𝑒𝑙𝑡 既可以定义在包含考虑温度的材料

卡片（如LAW2），也可以用/HEAT/MAT定义。这条曲线一般是通过在不同温度下实验数据得到的。

单元破坏的处理

在/FAIL/TAB1中也可以使用累加破坏模型。破坏（damage）参数可以使用ANIM/SHELL/DAMA 或/ANIM/BRICK/DAMA在后处理中显示。 /FAIL/TAB1 中的累加破坏参数如下定义：

∆𝜀𝑝 是积分点上的塑性应变, 𝜀𝑓是材料处于当前应力状态下的破坏应变，用户可以在破坏应变曲线中读取Dp 和 n 破坏模型的系数。破坏效应就是所有积分点上的累加破坏参数之和与 Dcrit 间的比较，用户输入Dcrit 的数值在0~1之间。

Dcrit 取值越小，材料越早破坏，如下图：

破坏参数n将影响破坏的进程，n=1时是曲线属于线性变化，而当n>1时破坏进程属于快速曲线变化，n<1时破坏进程属于缓慢的曲线变化。

材料的不稳定性(分散性失稳Diffuse Necking)

在物理拉伸试验中，当材料到达颈缩点后，材料进入软化阶段。软化阶段中，材料会进入分散性失稳状态（下图左）。对于金属薄板，当拉伸效应继续作用时，材料会在某一时刻突然出现局部颈缩的现象（下图右），这个现象也称为局部颈缩（localized necking）。通常分散性失稳出现在应力三轴度在0<𝜎∗≤3 之间，而局部颈缩出3<𝜎∗≤3 范围。

2

1

2

在/FAIL/TAB1中可以使用 Table2_ID, Inst_start 以及 Fad_exp来考虑材料失稳。材料由于失稳在过了颈缩点后承载力下降，那么这个现象在/FAIL/TAB1中如下描述：

失稳参数𝐷𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡𝑦=∑

∆𝜀𝑝𝜀𝑓

, 𝜀𝑓属于当前专题晓得失稳失效应变，用户可以通过Table2_ID中输入

（下图蓝色曲线）或者使用Inst_starter定义。

例如单轴拉伸（𝜎∗=3 ）实验中：

⚫ 如果不考虑材料的失稳，那么仅仅使用Table1_ID输入下图中的红色曲线，当材料中的应变

超过红色曲线，材料破坏。

⚫ 如果考虑材料的失稳，那么不仅需要Table1_ID输入下图中的红色破坏曲线，还需要

Table2_ID输入下图中的蓝色失稳曲线，那么此时:

➢ 材料破坏可以发生在应变超过蓝色失稳曲线时，虽然可能还没有超过红色破坏曲线，

由于材料的失稳，材料可能在超过蓝色失稳曲线时就破坏了。

➢ /FAIL/TAB1中的失稳参数Fad_exp用于描述材料失稳破坏的形态，当Fad_exp=1时材

料属于线性软化状态。下图中 Fad_exp从1~10之间变化时，材料表现是从线性延性破坏向脆性破坏的演变。在/FAIL/TAB1中建议使用Fad_exp =5 ~ 10. ➢ 当应变超过红色的破坏曲线时材料肯定就破坏了。

1

⚫ 使用Inst_start 的方式定义材料失稳，那么只能定义定值常数的失稳，如下图：

Radioss中材料编号大于28的材料本构均适合调用/FAIL/TAB1用于描述材料失稳。

Reference

[1] Wierzbicki, Tomasz, \"Addendum to the Research Proposal on \"Fracture of Advanced High Strength Steels.\