一、GISSMO模型理论基础

1、损伤累积与失效准则

损伤因子（D）：其中为应力三轴度相关的失效等效塑性应变，n为损伤指数。当 D=1时材料失效。失稳因子（F）：当 F=1时材料进入颈缩或失稳状态，触发应力衰减。
应力衰减修正：fadexp（应力衰减指数）控制损伤后应力下降速率。
2、应力状态参数：
应力三轴度，平均应力与等效应力之比Lode角：描述第三偏应力不变量，影响剪切失效行为。失效应变与应力三轴度、Lode角强相关，需通过多组试验标定。

 

二、标定流程与关键技术

步骤1：材料基础性能试验

试验设计：

静态与高速拉伸试验（应变率范围：0.001~1000/s），覆盖碰撞实际工况

试样类型需覆盖不同应力状态（表1）。

表1：关键试样类型及应力状态范围
| 试样类型 | 应力三轴度范围 | 主要失效模式 |
|-------------------|----------------|--------------------|
| 标准拉伸 | 0.33~0.67 | 正向断裂 |
| 中心孔拉伸（φ10） | 0.5~0.8 | 孔边剪切 |
| R5缺口拉伸 | 0.7~1.0 | 高应力三轴度断裂 |
| 剪切试样 | -0.1~0.1 | 剪切断裂 |
| 杯突试验 | 0.1~0.5 | 双向拉伸失效 |

数据处理：
将力-位移曲线转为真应力-真应变曲线，并外推至应变=1.0（缩颈后段修正常采用Swift-Herbet-Sherby方程或Ludwik幂律硬化模型）。

步骤2：失效参数逆向识别

参数反求法（LS-OPT）：

1、建立试样有限元模型（网格尺寸0.5mm，目标区域需细化）。

2、输入真应力-应变曲线初值，仿真计算载荷-位移响应。

3、以试验曲线为基准，优化以下参数：

4、目标函数：仿真与试验曲线均方误差（目标<3%）。

元模型优化技术：
采用线性多项式响应面与D-optimal采样策略，减少计算量（传统人工迭代需10^8次，此方法仅需百次级）。

步骤3：网格尺寸效应修正

网格依赖性因子：

 

其中 d为网格尺寸，k 为依赖指数。需通过0.5mm、1mm、2mm等多尺寸仿真标定 k 值。示例：某材料在0.5mm网格下，若k=0.1，则2mm网格时

步骤4：高速工况专项标定

高速拉伸试验：
使用打孔试样（φ10~φ20）配合螺栓夹具，实现高应变率加载（如500/s），直接获取动态力-位移曲线。

应变率效应耦合：
将不同速率下的真应力-应变曲线输入模型，修正应变率敏感系数（*MAT_024中的Cowper-Symonds参数）。

5：模型验证

零部件级试验对标：

胀形试验：峰值载荷误差≤3%。

B柱三点弯曲：失效位置一致，峰值载荷误差≤3.06%。

台车碰撞：对比乘员舱侵入量及断裂形态。

 

三、常见问题与优化策略

1、损伤指数 n 的敏感性：

n>1  时损伤累积非线性增强，更易突发断裂；n<1时损伤发展平缓。建议初值取1.0~2.0，通过缺口试样优化。2、应力衰减过快：
增大 fadexp 可延缓应力下降（例：DP780钢优化后 fadexp=2.5）。

3、多材料模型对比：

GISSMO：综合精度约94%，优势在路径相关性。

DIEM模型：精度可达97%，但需更多微观参数。

 

四、总结：标定关键技术要点

试验覆盖全面性：至少6类试样覆盖-0.1~1.0应力三轴度范围。

动态数据必要性：高速拉伸（≥500/s）不可省略。

优化算法效率：优先采用LS-OPT元模型缩减计算量。

网格修正不可忽略：避免因网格粗化导致失效预测滞后。

工程验证层级：从试样→零部件→整车逐级验证可靠性。

标定后的模型可显著提升碰撞断裂预测精度（如B柱峰值载荷误差从>10%降至<3%）。对于具体材料（如22MnB5热成形钢），需结合其马氏体组织特性调整损伤阈值。

 

来源：CAE之家

关键词： GISSMO失效模型 标定方法