Tsai-Wu破坏准则 — 故障排除指南
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Tsai-Wu破坏准则 — 故障排除指南
Tsai-Wu准则的常见问题
Tsai-Wu准则应用中有哪些常见问题?
Tsai-Wu准则应用错误主要集中在材料坐标系和强度值设置上。
使用全局坐标系应力进行判定
我用全局坐标系的von Mises应力计算了Tsai-Wu准则。
完全错误。Tsai-Wu准则使用材料坐标系(1:纤维方向、2:垂直方向)的应力进行评估。全局坐标系的应力和von Mises应力不能用于复合材料的破坏判定。
确认方法:
- FEM输出是否使用了"S11、S22、S12(材料坐标系)"
- 在Nastran中通过ELEMENT STRAIN/STRESS(FIBER DIRECTION)输出
强度值的单位错误
强度值的单位错误会怎样?
由于$F_{11} = 1/(X_t X_c)$,强度值单位为MPa或GPa会导致$F_{11}$相差$10^6$倍。FI值会变得不现实。
调试方法:代入$\sigma_1 = X_t$,检查$FI \approx 1$是否成立。如果差异很大,说明强度值单位有误。
$F_{12}$的影响
改变$F_{12}$结果差异很大...
$F_{12}$仅在双轴应力状态下产生影响。单轴应力下$F_{12}$无影响。
如果结果高度依赖$F_{12}$:
- 双轴应力支配了加载状态
- 需要精确确定$F_{12}$
- 通过敏感性分析测试$F_{12}$的上下限
破坏模式不明确
Tsai-Wu $FI > 1$,但不知道是纤维断裂还是基体开裂。
这是Tsai-Wu准则的固有局限。解决方案:
- 使用Hashin准则进行补充评估 — 可以区分4种破坏模式
- 确认应力的主导分量 — 若$\sigma_1$支配则可能是纤维破坏,$\sigma_2$支配则可能是基体破坏
总结
总结Tsai-Wu准则的故障排除。
用"$\sigma = X_t$时$FI = 1$"这一点来检查是最简单的调试方法呢。
这一个检查点可以发现Tsai-Wu准则设置错误中的大部分问题。
Coffee Break 杂谈
Tsai-Wu准则非物理预测的处理
当F12设置在物理范围之外(违反|F12|>0.5√(F11×F22)的约束)时,破坏包络线不会形成闭合椭圆,而是开放的双曲线,呈现非物理状态。此时通常采用推荐值F12=-1/(2√(XT×XC))。若从实验难以确定F12,可保守地设F12=0(无相互作用),接近最大主应力准则的评估方式,以此避免非物理问题。
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