塑性損傷的案例
ABAQUS VUMAT-塑性損傷力學在cohesive單元上的應用 ￥1200
塑性力學和損傷力學是常用的描述材料非線性破壞的理論。損傷力學可以模擬材料剛度下降，塑性力學可以模擬材料塑性變形，將兩者結合成塑性-損傷力學，就可以較為完整的描述材料的非線性破壞過程。許多商業軟件，例如ABAQUS，自帶實體單元的塑性損傷力學，但是不具備cohesive單元的塑性損傷模型。coheisve單元結合實體單元，可以仿真各種材料的開裂過程。本文根據以下參考文獻，將文獻中用于DEM的本構模型進行修改，實用vumat子程序，使得cohesive單元具備塑性-損傷破壞的性質。
Nguyen, N. H., Bui, H. H., Nguyen, G. D., & Kodikara, J. (2017). A cohesive damage-plasticity model for DEM and its application for numerical investigation of soft rock fracture properties.International Journal of Plasticity,98, 175-196.
首先介紹本構模型中的參數和模擬時相應的數值：
具體建模結果和更多詳細內容見知乎文章：https://zhuanlan.zhihu.com/p/359076668
子程序vumat和input文件為收費內容, 在附件中。
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單軸壓縮下塑性損傷發展：
應力—應變曲線：
混凝土塑性損傷模型的材料參數：
ABAQUS系列講座——混凝土塑性損傷模型
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ABAQUS混凝土塑性損傷模型-視頻課程
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abaqus有限元模擬_鋼筋砼梁塑性損傷 ￥50
在鋼筋混凝土梁的塑性損傷研究中，這一方法能夠詳細分析結構在不同荷載條件下的力學行為，并預測損傷的發生和發展過程。基本原理包括有限元離散化，即將連續的梁結構分割成小單元，以及數值計算方法，通過計算機模擬各單元之間的力學響應。
塑性損傷模型是有限元模擬中的核心部分，它通過引入損傷因子來描述混凝土材料在受到拉伸或壓縮荷載時的塑性變形和損傷演化。常用的損傷因子包括裂縫寬度因子、損傷變量因子和損傷積累因子，這些因子能夠量化混凝土內部的裂紋狀態及其力學性能的變化。例如，裂縫寬度因子用于描述混凝土裂縫的演化情況，而損傷積累因子則反映整個荷載過程中材料的累積損傷。
在有限元模擬中，首先需要建立準確的鋼筋混凝土梁模型，包括幾何形狀、材料屬性和邊界條件等。隨后，通過數據采集與預處理，獲取模擬所需的各項參數。特征提取與降維技術則有助于從大量數據中提取關鍵信息，提高模擬的效率和準確性。損傷分類方法則用于根據模擬結果對梁的損傷程度進行評估和分類。
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求助：混凝土塑性損傷模型
求助：請問混凝土塑性損傷模型的損傷因子什么情況下可以不定義，什么情況下要定義？比如我現在單調受彎加載該構件，那該構件（塑性損傷模型）需不需要定義損傷因子？
混凝土塑性損傷模型 ￥5.99
<p>混凝土塑性損傷模型是基于拉、壓各向同性塑性的連續線性損傷模型，用于描述混凝土的非線性行為。采用通用有限元分析軟件ABAQUS/Standard分析，在此軟件中的混凝土塑性損傷模型具有以下特點：</p><p>1. 適于各種單元（梁、桿、殼、實體）的混凝土或其他類似的脆性材料的模擬，用于殼元時，沿厚度方向的積分點數達到9個通常可以保證計算的準確性；</p><p>2. 雖然它主要致力于鋼筋混凝土結構的分析，但可以用于素混凝土；</p><p>3. 可用“rebar”選項模擬混凝土中的鋼筋；</p><p>4. 適于低圍壓下混凝土單調、往復和動力荷載下的計算；</p><p>5. 是非相關多軸硬化塑性和各向同性線性損傷模型的綜合，用于描述由于混凝土斷裂引 起的不可恢復的損傷；</p><p>6. 允許循環加載過程中用戶對于剛度恢復進行控制；</p><p>7. 可定義與應變速率的相關性；</p><p>8. 應用粘性系數修正，可提高軟化階段的收斂效率；</p><p>9. 要求材料的彈性行為應為各向同性且為線性的。</p><h2>1 線性損傷模型與塑性模型</h2><p>本節簡要介紹構成混凝土塑性損傷模型的線性損傷模型與塑性模型(Hibbitt等，2003)。</p><h2>1.1 線性損傷模型</h2><p>混凝土塑性損傷模型包括混凝土受拉開裂和壓碎兩種破壞機制，分別由<span style="background-color: yellow;">等效拉壓塑性應變</span>決定。單軸應力-應變關系轉變為<span style="background-color: yellow;">應力與塑性應變</span>的曲線。
展開 Abaqus通過VUMAT子程序實現混凝土拉壓不對稱彈塑性損傷本構模型
混凝土在外載荷作用下的非線性行為中同時包含微裂縫和塑性流動這兩種微觀機制的影響。在考慮混凝士等準脆性材料的非彈性力學行為方面，連續損傷力學模型可以通過不同的方式來描述材料剛度和強度的退化以及單邊效應。真正意義上的彈塑性損傷本構模型：不僅考慮卸載時不可恢復塑性變形的影響，而且還應該考慮損傷和塑性的雙向耦合效應。
彈性階段應力應變滿足如下關系
通過對應力進行譜分解，可得
式中，σ 為名義應力，d 為損傷，d=1-exp(-εp/ρ0)，公式右端σ為有效應力的正負分解。
拉壓屈服函數如下所示
屈服后，塑性流動由下式定義
按照彈性預測-塑性修正-損傷修正的流程，通過在主應力空間進行譜分解，結合徑向返回算法，本文編寫了混凝土彈塑性損傷的VUMAT子程序。
通過對單胞的單向拉壓模擬可以計算得到混凝土的應力應變響應如下圖所示。
拉伸損傷演化過程
壓縮損傷演化過程
不同圍壓下的應力應變曲線
可以發現，隨著圍壓增大，混凝土壓縮強度提高
展開 Abaqus通過VUMAT子程序實現混凝土拉壓不對稱彈塑性損傷本構模型
混凝土在外載荷作用下的非線性行為中同時包含微裂縫和塑性流動這兩種微觀機制的影響。在考慮混凝士等準脆性材料的非彈性力學行為方面，連續損傷力學模型可以通過不同的方式來描述材料剛度和強度的退化以及單邊效應。真正意義上的彈塑性損傷本構模型：不僅考慮卸載時不可恢復塑性變形的影響，而且還應該考慮損傷和塑性的雙向耦合效應。
彈性階段應力應變滿足如下關系
通過對應力進行譜分解，可得
式中，σ 為名義應力，d 為損傷，d=1-exp(-εp/ρ0)，公式右端σ為有效應力的正負分解。
拉壓屈服函數如下所示
屈服后，塑性流動由下式定義
按照彈性預測-塑性修正-損傷修正的流程，通過在主應力空間進行譜分解，結合徑向返回算法，本文編寫了混凝土彈塑性損傷的VUMAT子程序。
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展開 ABAQUS混凝土損傷塑性模型損傷因子對本構關系影響 附c40~c45混凝土損傷因子ABAQUS輸入
但是ABAQUS塑性損傷模型除了能模擬單調加載的混凝土行為外，更重要的功能就是模擬循環、動態荷載下的混凝土反應，在結構的抗震性能分析能起到很好的作用。
在動荷載作用下，混凝土在受力過程中拉伸和壓縮都會產生損傷造成的裂縫開展，從而導致材料剛度退化。CDP 模型就假定混凝土材料主要因為拉伸開裂和壓縮破碎而破壞，拉伸和壓縮采用不同的損傷因子來描述這種剛度退化，詳見圖 1、圖 2。
圖中E0是材料初始未受損的彈性剛度。損傷變量dc和dt分別為壓縮和拉伸條件下的損傷因子，表示彈性剛度的退化。損傷后的彈性模量為（1-dc）E0，或（1-dt）E0。損傷因子dc或dt=0時表示沒有損傷，dc或dt=1時表示材料失去強度。
那么混凝土的塑性損傷本構模型中的損傷因子到底對混凝土的應力-應變曲線有什么影響呢？讓我們采用100mm*100mm*300mm的混凝土棱柱體模型來做個測試看一下。
依然采用C110級混凝土的本構關系，混凝土的屈服應力和非彈性應變表格如下。子選項中損傷參數和非彈性應變關系的表格也在圖中給出。
但是注意上圖中紅色框部分默認是不填的，即下圖中的混凝土壓縮損傷——拉伸恢復因子wt，混凝土拉伸損傷——壓縮復原因子wc，默認是不填的。
因為CDP模型假定混凝土從拉伸到壓縮時裂縫會閉合，剛度會恢復；從壓縮到拉伸時裂縫仍然存在，剛度不會恢復。因此在ABAQUS中不填的話默認wt(拉伸剛度恢復因子)=0，wc(壓縮剛性恢復因子)=1.
下圖為損傷因子和剛度恢復因子在混凝土載荷循環中對混凝土本構模型的影響。
展開 Abaqus考慮拉壓不對稱的樹脂彈塑性損傷本構vumat子程序開發
RVE代表體積單元
RVE模型由纖維和樹脂構成，一般假設纖維是橫觀各向同性線彈性材料，樹脂則為彈塑性材料。本文通過在屈服準則中引入拉壓非對稱參量，研究了樹脂的拉壓不對稱彈塑性損傷行為。
由于樹脂的屈服行為與靜水壓力相關，這里采用下式所示的拋物面屈服準則。
式中J2為偏應力的第二不變量，I1為應力第一不變量，σt和σc為拉壓屈服應力
采用非關聯塑性流動準則，如下所示。
式中σvm為mises等效應力，P為靜水壓力，α為材料參數
損傷萌生準則如下所示
式中J2和I1為無損應力下的不變量。
為了降低模型的網格依賴性，損傷演化采用特征長度相關的指數模型
式中，rm為損傷內變量，am為特征長度相關的材料參數。
Melro的文章中給出了通過Simpson積分和弦截法計算Am的方法，實際計算發現通過該方法計算的am效果不是太理想，因此本文未對am進行迭代，直接采用其初值進行仿真計算，如下所示。
計算流程如下
計算流程圖
根據上文的彈塑性損傷模型編寫了vumat子程序，并通過單胞模型進行了驗證，計算結果如下圖所示。
abaqus單胞模型
拉伸載荷下的應力應變曲線
壓縮載荷下的應力應變曲線
展開 混凝土彈塑性損傷本構模型在Abaqus中vumat子程序的實現
混凝土彈塑性本構
混凝土的受力非線性行為同時包含微裂縫(微缺陷)和塑性流動這兩種微觀機制的影響，導致混凝土材料具有以如下顯著特征：
1)峰值應力后存在不穩定區域并伴隨明顯的剛度退化和強度軟化；
2)加卸載時的滯回特性：變形超過定的閥值后，混凝土完全卸載后存在著不可恢復變形；
3)有側限(如雙軸受壓應力狀態)時材料的強度和延性明顯增大；
4)由于拉應力的影響，二維拉壓應力下混凝土的受壓強度較一維抗壓強度低，即所謂的拉壓軟化效應(vcccllio and Collins，1986)；
5)單邊效應：受拉強度和受壓強度明顯不同；損傷特別是受拉時的損傷具有明顯的方向性：荷載反向后受拉裂縫閉合會導致混凝土的剛度恢復
二。vumat子程序的實現
本文作者根據上述本構，參考如下的子程序編寫流程可以實現vumat子程序的編寫。
從而可以模擬混凝土的塑性損傷，結果如下所示：
結果表明，本文所編寫的子程序準確有效。
參考文獻：
吳建營，《基于損傷能釋放率的混凝土彈塑性損傷本構模型及其在結構非線性分析中的應用》
最后， 如果您有abaqus二次開發相關需求或者擅長某一領域，都可以加入通過公眾號聯系我們~~
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晶體塑性耦合連續損傷本構框架
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plasticity and damage models
是最經典的耦合晶體塑性理論和連續損傷的文章之一，損傷力學有兩種主要方法。第一種是Gurson提出的基于微觀力學的損傷模型。在基于微觀力學的方法中，損傷演化通過孔隙成核、生長和聚結來描述。對空穴成核和生長進行了建模，必須使用實驗數據確定相關系數。另一種方法是連續損傷力學（CDM）。在CDM框架中，使用應力、壓力、溫度和應力三軸性確定斷裂應變。在這些研究之后，提出了許多改進的模型，以包括洛德角和各向異性損傷的影響，
作者在研究中使用的損傷模型基于連續損傷力學（CDM）。然而，通過結合CPFEM可以預測孔隙的萌生、生長和聚結行為。此外，材料因損傷而弱化用于描述頸縮后承載能力的突然下降，通過顯式時間積分方案進行了分析，這為通過CPFEM預測頸縮行為提供了可能性。然而，沒有預測頸縮形狀和載荷位移曲線。為了準確預測頸縮和載荷位移曲線，使用隱式時間積分方案進行了分析，可以獲得更合理的載荷位移曲線。此外，還進行了實驗，并與分析結果進行了比較。最后，新提出了四種不同的帶系數校準的損傷模型，并提出了一種最能描述頸縮行為的模型。
作者使用的四類連續損傷模型理論如下
（1）最大塑性應變損傷模型：該模型將損傷定義為當主塑性應變大于某一臨界值時開始和累積的損傷。此模型寫為：
ε1f.ini是損傷萌生塑性應變值，ε1f.ini是最大塑性應變值，D是損傷因子，M是損傷指數（通常取值大于1.0有利于流動應力平滑過渡）
（2）等效塑性應變損傷模型：該模型將損傷定義為當等效塑性應變大于某一臨界值時開始和累積的損傷。
展開 混凝土塑性損傷CDP模型的幾個問題 附2010規范用C50混凝土損傷塑性本構關系數據下載
最后發布一條訊息：POLARIS_CDP插件升級到V2.3版本，更新內容如下：
極限應力改為峰值應力，并將其默認值顯示在輸入框中，且會將隨彈性模量和強度的變化而變化；
應力應變曲線不與損傷數據一起截斷，取截斷應力為峰值應力的百分之一；
規范生成失敗的提示信息。
修改的內容不影響原有插件使用，主要提高插件的適應性和友好性，需要更新的小伙伴請盡快和我聯系（需提供技術鄰購買記錄和信息）。
下載地址：2010規范用C50混凝土損傷塑性本構關系數據
ABAQUS UMAT - 混凝土塑性損傷模型的實現 ￥1500
混凝土塑性損傷模型在工程上應用較為廣泛，同類型的本構模型多內置于各類仿真軟件中，供用戶模擬混凝土結構的破壞和受力情況。本文根據Peter Grassl 和 Milan Jira′sek 2006年的文章《Damage-plastic model for concrete failure》進行本構模型代碼復現，并對文中的模型進行了一些簡化。
UMAT代碼和INPUT文件見付費內容
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混凝土損傷模型參數確定方法 - 副本.docx
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