W jaki sposób uszkodzenia Hashina są wykorzystywane do modelowania uszkodzeń materiałów kompozytowych?

Model uszkodzeń Hashin w Abaqus jest szeroko stosowaną teorią uszkodzeń zaprojektowaną do przewidywania inicjacji i ewolucji uszkodzeń w materiałach kompozytowych wzmocnionych włóknami. Zapewnia on szczegółowy podział mechanizmów uszkodzeń poprzez rozróżnienie między uszkodzeniami włókien i matrycy w różnych warunkach obciążenia. To sprawia, że jest ona szczególnie odpowiednia do dokładnej symulacji złożonego zachowania kompozytów.

Kluczowe cechy modelu uszkodzeń Hashin:

1. Kryteria inicjacji uszkodzenia:
   W oparciu o teorię Hashina, model identyfikuje cztery podstawowe tryby uszkodzenia:
   • HSNFTCRT (rozciąganie włókien): pęknięcie włókien pod wpływem naprężenia rozciągającego.
   • HSNFCCRT (ściskanie włókien): Wyboczenie lub załamanie włókien pod wpływem naprężenia ściskającego.
   • HSNMTCRT (rozciąganie matrycy): pękanie matrycy spowodowane poprzecznym naprężeniem rozciągającym i ścinaniem.
   • HSNMCCRT (ściskanie matrycy): kruszenie matrycy pod wpływem poprzecznego naprężenia ściskającego i ścinającego.
   • Kryteria te są implementowane przy użyciu płaskich elementów naprężeniowych, takich jak powłoki, powłoki ciągłe i elementy membranowe. W przypadku elementów bryłowych 3D wymagane są alternatywne modele, takie jak LaRC05 lub niestandardowe podprogramy VUMAT.
2. Ewolucja uszkodzeń:
   • Po zainicjowaniu uszkodzenia, Abaqus wykorzystuje podejście oparte na energii do modelowania postępującej degradacji materiału. Energia pękania (Gf) dla każdego trybu uszkodzenia reguluje szybkość, z jaką sztywność jest zmniejszana, zapewniając realistyczną symulację zachowania po uszkodzeniu.
3. Usunięcie elementu:
   • Abaqus pozwala na usunięcie elementu, gdy wszystkie punkty materiału w elemencie są w pełni zdegradowane, symulując całkowite uszkodzenie materiału. Funkcja ta jest szczególnie przydatna do analizy uszkodzeń na dużą skalę, takich jak rozwarstwienie lub uszkodzenia łożysk śrubowych w połączeniach kompozytowych.
4. Zastosowania w analizie kompozytów:
   • Model uszkodzeń Hashin jest powszechnie stosowany do symulacji uszkodzeń na poziomie warstwy w laminowanych kompozytach, takich jak CFRP (polimery wzmacniane włóknem węglowym). Może on przewidywać zlokalizowane uszkodzenia w pobliżu koncentracji naprężeń (np. otworów na śruby) i oceniać ogólną integralność strukturalną w złożonych warunkach obciążenia.
   • W skręcanych połączeniach kompozytowych umożliwia dokładne modelowanie naprężeń międzywarstwowych i uszkodzeń warstw, zapewniając wgląd w czynniki takie jak wpływ siły zacisku i degradacja wytrzymałości połączenia.
5. Ograniczenia i zalecenia:
   • Model Hashin jest ograniczony do formuł naprężeń płaskich i nie może bezpośrednio obsługiwać stanów naprężeń 3D. W przypadku aplikacji wymagających analizy naprężeń na całej grubości (np. zbiorników ciśnieniowych), użytkownicy powinni rozważyć LaRC05 lub niestandardowe podprogramy, takie jak VUMAT.
   • Dokładne wyniki wymagają szczegółowych parametrów wejściowych, w tym wytrzymałości na rozciąganie/ściskanie i właściwości ścinania zarówno dla włókien, jak i matrycy. Aby zapewnić niezawodność, zaleca się również przeprowadzenie badania zbieżności siatki.