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基于ABAQUS断裂失效仿真在对讲机中的应用

郑贤文雷卫强

海能达通信股份有限公司深圳

摘要：本文以大型通用分析软件ABAQUS为平台，对对讲机进行跌落仿真，模拟对讲机跌落过程

中的断裂失效行为，并与测试进行对比验证

关键字：ABAQUS对讲机断裂失效

0引言

目前,ABAQUS在电子通信行业的仿真应用已经十分广泛。特别是手机行业，跌落可靠性仿真

已成为手机研发过程中不可或缺的一个环节，并且各种失效判据已然十分完善。然而，无论是在

手机行业，还是在其他通信行业，直接去模拟结构的断裂失效行为依然十分鲜见。

ABAQUS具有强大的断裂失效仿真能力。它拥有丰富的断裂失效准则，能模拟韧性失效、脆性

失效以及复合材料损伤失效等多种失效模式。

对讲机特定的目标用户群和特殊的使用环境，决定了它必须具有较高的结构可靠性。利用

ABAQUS直接模拟对讲机跌落断裂失效行为，是提升对讲机跌落可靠性的有力工具。

1DuctileDamage失效准则

目前仿真应用最多的失效准则是常应变准则，但此准则过于简单，没有考虑应力状态、应变率

等因素的影响，无法准确模拟结构的断裂行为。因而，必须另辟蹊径采用其他失效准则。

ABAQUS为韧性材料提供了多种失效准则，其中，常用的失效准则可以分为以下两大类（如图1）：

失效类别准则名称表达式

DuctileDamage

韧窝型断裂

John-Cook（J-C）damage??f??D1??D2exp(D3??*)

剪切型断裂ShearDamage

图1：常用失效准则

材料断裂失效可以简单地分为损伤萌生及损伤累计两个过程，如图2：

开始断裂损伤

完全断裂失效

图2：断裂失效过程

对DuctileDamage失效准则而言：

损伤开始产生时，ABAQUS假定等效塑性应变是关于应力三轴度和等效塑性应变率的函

数。当损伤累计值时，材料发生断裂，ABAQUS便删去断裂处的单元。

DuctileDamage失效参数可以通过缺口试样测试及拟合获取。思路如图3：

单轴拉伸测试

测试数据处理

及FEM拟合

材料弹塑性力学

性能参数

缺口试样拉伸测试

缺口试样压缩测试

缺口试样剪切测试

测试数据处理及

FEM拟合

应力三轴度等效塑性断裂应变

图3：失效参数拟合

DuctileDamage失效准则相较其他失效准则具有参数获取容易，适用类型广泛等特点，因而采

用此准则模拟韧性材料跌落的断裂失效行为。

2有限元模型建立

2.1DuctileDamage定义

对讲机面壳材料为SABIC某PC材料，对其定义多组不同应变率及不同应力三轴度下的断裂应变。

每组数据代表在一定的应变率下，当应力三轴度达到某值X并且断裂等效塑性应变达到某值Y

时，材料发生初始断裂损伤

*DamageInitiation,criterion=DUCTILE

1.,-0.33,0.

0.045,0.,0.

0.051,0.33,0.

0.04,0.5,0.0.04,0.6,0.0.9,-0.33,100.

0.025,0.,100.

0.028,0.33,100.

0.024,0.5,100.

0.02,0.6,100.0.7,-0.33,200.

0.021,0.,200.

0.024,0.33,200.

0.02,0.5,200.0.018,0.6,200.定义损伤演化

*DamageEvolution,type=DISPLACEMENT

0.015,

2.2失效接触定义

定义了失效准则后，ABAQUS通过删除单元的方式去表示材料断裂失效行为。但是，ABAQUS跌

落仿真的通用接触定义，只定义了单元的表面接触，当单元删除后，单元内部的接触不会发生，

这与实际并不相符。因而，必须定义单元的内部接触。建立仿真模型单元集Set-1，在*end

assemble前插入如下关键字：

*Surface，type=element，name=SUR-1

Set-1,

Set-1,interior

SUR-1

并修改关键字：

*ContactInclusions

SUR-1

2.3分析模型与算法

分析模型如图4：

零部件材料连接关系单元类型

面壳PCMPC连接C3D10M

TP康宁大猩猩粘单元连接C3D8I

中框ADC12TIE连接C3D10M

电池壳PCCONTACT连接C3D10M

PCB各向异性CONTACT连接C3D8I

……

图4：部件材料及单元定义

采用ABAQUS显式动力学算法，模拟对讲机跌落冲击动力学过程,总共250万单元,如