jc模型的案例
基于JC模型的umat子程序?qū)嵗?Hopkinson壓桿的隱式求解器數(shù)值仿真實(shí)現(xiàn) ￥8
眾所周知，Abaqus中自帶的JC模型只能應(yīng)用于顯示求解器（Abaqus/Explicit），但是隱式求解器(Abaqus/Standard)通常具有更高的精度，而且隨著研究的進(jìn)步JC模型也出現(xiàn)了新的修正形式，因此我們有必要基于Umat實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的JC模型，以便有需要的朋友在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步創(chuàng)新，避免重復(fù)“造車”！本文基于JC模型的Umat子程序?qū)崿F(xiàn)hopkinson壓桿的數(shù)值模擬，本文的一些參數(shù)設(shè)置和程序借鑒了盧劍鋒老師的碩士論文《沖擊載荷作用下材料和結(jié)構(gòu)力學(xué)行為有限元模擬》，且沒(méi)有考慮溫度軟化。
裝配圖如下
JC模型的方程形式如下
試樣的材料參數(shù)如下
入力桿和出力桿使用線彈性材料，彈性模量和泊松比分別為200GPa和0.3。
在入力桿的一端施加應(yīng)力脈沖
入力桿某點(diǎn)和出力桿某點(diǎn)上的應(yīng)力波時(shí)程曲線如下
建議大家按照前面提到的論文自己獨(dú)立把程序走一遍，也歡迎大家下載本次的*.cae文件和*.for文件，后期打算基于JC模型的umat子程序做一個(gè)侵徹的案例，感謝持續(xù)關(guān)注！
展開(kāi) 基于JC模型的taylor桿沖擊模擬 ￥199
在Taylor桿沖擊試驗(yàn)的數(shù)值模擬中，常用的本構(gòu)模型包括：
本線性彈性模型（LE model）：假設(shè)材料具有線性彈性行為，即在受力作用下，材料的應(yīng)變與應(yīng)力成正比。該模型適用于材料的變形范圍較小的情況，但在高速?zèng)_擊負(fù)荷下的應(yīng)力應(yīng)變行為不符合實(shí)際。
赫克-卡門模型（H-C model）：該模型考慮了材料在高速?zèng)_擊負(fù)荷下的應(yīng)變硬化和失效行為，并能較好地預(yù)測(cè)材料的變形和破壞行為。
雙參數(shù)Johnson-Cook模型（JC model）：該模型是一種常用的材料塑性本構(gòu)模型，可以考慮材料在高速?zèng)_擊負(fù)荷下的應(yīng)變硬化和失效行為，并能較好地預(yù)測(cè)材料的變形和破壞行為。
Steinberg-Guinan-Lund（SGL）模型：該模型可以模擬材料在高速?zèng)_擊負(fù)荷下的應(yīng)變硬化和失效行為，并考慮了材料在高應(yīng)變率下的非線性行為和溫度效應(yīng)。
其中雙參數(shù)Johnson-Cook模型（JC模型）是一種廣泛應(yīng)用于高速?zèng)_擊試驗(yàn)的材料塑性本構(gòu)模型。其優(yōu)勢(shì)包括：
能夠較好地描述材料在高應(yīng)變率下的應(yīng)變硬化和失效行為。該模型可以描述材料在高速?zèng)_擊負(fù)荷下的應(yīng)變硬化和動(dòng)態(tài)失效過(guò)程，能夠較好地預(yù)測(cè)材料的變形和破壞行為。
可以考慮材料的溫度效應(yīng)。該模型可以考慮材料在高速?zèng)_擊負(fù)荷下的溫度升高效應(yīng)，這在材料的高溫應(yīng)用中具有重要意義。
具有較好的適應(yīng)性和通用性。該模型的參數(shù)較少，易于確定，可以適用于多種材料和試驗(yàn)條件下的模擬。
可以用于復(fù)雜加載條件下的模擬。該模型可以用于模擬復(fù)雜的動(dòng)態(tài)加載條件，如不同方向的高速?zèng)_擊負(fù)荷，以及不同沖擊能量和速度下的材料響應(yīng)。
展開(kāi) JC本構(gòu)模型以及UAMT和vumat子程序?qū)W習(xí)資料匯總(鏈接合集)
JC本構(gòu)模型以及umat和vumat子程序?qū)W習(xí)資料匯總(鏈接合集),省去大家尋找資料的麻煩.部分資料免費(fèi),付費(fèi)資料自行斟酌是否值得購(gòu)買,本鏈接不負(fù)責(zé).
JC本構(gòu)參數(shù)標(biāo)定參數(shù)反演以及二次開(kāi)發(fā)相關(guān)資料整理(uamtvumat).docx
JC模型python代碼繪制曲線
image_process=/format,webp" data-initial-src="https://img.jishulink.com/202505/attachment/d113cae1ceda4d4ab89f60ffc94fda81.png"></figure>
</figure><p>不考慮溫度效應(yīng)的jc曲線代碼：</p><div contenteditable="false" width="100%">import numpy as np</div><div contenteditable="false" width="100%">import matplotlib.pyplot as plt</div><div contenteditable="false" width="100%"><br></div><div contenteditable="false" width="100%"><br></div><div contenteditable="false" width="100%">def jc_model(epsilon, epsilon_dot, A, B, n, C):</div><div contenteditable="false" width="100%"> """</div><div contenteditable="false" width="100%"> 計(jì)算不考慮溫度效應(yīng)的 Johnson - Cook 模型的流動(dòng)應(yīng)力</div><div contenteditable="false" width="100%"> :param epsilon: 有效塑性應(yīng)變</div><div contenteditable="false" width="100%">&
展開(kāi) 
基于Vumat的修正JC本構(gòu)模型的切削研究
JC漸進(jìn)損傷本構(gòu)是研究切削中的重要本構(gòu)模型，主要包括材料硬化和損傷兩部分：其中，原始JC的硬化部分本構(gòu)為；
材料屈服應(yīng)力的硬化解耦為三部分獨(dú)立的效應(yīng)：應(yīng)變硬化、應(yīng)變率硬化以及熱軟化。多數(shù)學(xué)者針對(duì)該部分本構(gòu)進(jìn)行修正，比如考慮再結(jié)晶的應(yīng)變軟化，如下式，
當(dāng)材料發(fā)生損傷時(shí)，滿足以下式子：
損傷起始的判定如下：
當(dāng)滿足
時(shí)，材料進(jìn)入損傷狀態(tài)，開(kāi)始進(jìn)行損傷演化。
損傷演化規(guī)律分為多種，其中基于失效位移的線性演化形式如下：
采用應(yīng)力回退法編寫公式2的JC損傷彈塑性Vumat子程序，程序原理如下圖所示
得到計(jì)算結(jié)果如下圖所示
可以看到計(jì)算中有穩(wěn)定的切削生成，提取單元的應(yīng)力應(yīng)變曲線如下所示：
圖中可以看出該程序很好的實(shí)現(xiàn)了單元在大應(yīng)變時(shí)出現(xiàn)的軟化效果。
最后，有需要?dú)g迎通過(guò)公眾號(hào)“320科技工作室”聯(lián)系我們
展開(kāi) 金屬JC和陶瓷JH本構(gòu)模型參數(shù) ￥9.99
整理收集的一些銅，鋁、裝甲鋼、混凝土及陶瓷材料的本構(gòu)參數(shù)
并不簡(jiǎn)單的彈塑性本構(gòu)子程序
我們目前重工業(yè)上大部分的結(jié)構(gòu)材料還是金屬，盡管ABAQUS中有自帶的JC模型，但是如果要模擬更復(fù)雜的情況，學(xué)會(huì)寫彈塑性本構(gòu)就十分必要。
本期就給一個(gè)彈塑性VUMAT拉伸失效的案例，結(jié)合單元?jiǎng)h除技術(shù)，模擬結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程。
本構(gòu)模型
采用經(jīng)典老演員JC模型描述本案例的彈塑性本構(gòu)：
為了模擬結(jié)構(gòu)破壞，采用如下準(zhǔn)則判斷單元完全失效，滿足其一即可：
（1）材料Mises應(yīng)力達(dá)到極限值；
（2）材料極限應(yīng)變達(dá)到極限值。
子程序結(jié)構(gòu)
子程序的基本結(jié)構(gòu)如下：
1.初始化準(zhǔn)備工作
程序首先進(jìn)行初始化準(zhǔn)備工作，讀入材料的彈性參數(shù)、強(qiáng)度參數(shù)、硬化參數(shù)以及應(yīng)變率相關(guān)參數(shù)，然后構(gòu)建彈性剛度矩陣，為后續(xù)計(jì)算奠定基礎(chǔ)。
2.進(jìn)入材料點(diǎn)循環(huán)
接下來(lái)進(jìn)入材料點(diǎn)循環(huán)，對(duì)每個(gè)積分點(diǎn)逐一進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于每個(gè)材料點(diǎn)，程序首先讀取上一步的狀態(tài)變量，包括累積的等效塑性應(yīng)變、應(yīng)力狀態(tài)以及背應(yīng)力等內(nèi)部變量。
3.失效判斷
程序隨后進(jìn)行失效判斷，檢查材料是否滿足失效準(zhǔn)則。判斷依據(jù)包括兩個(gè)方面：一是等效塑性應(yīng)變是否超過(guò)極限應(yīng)變閾值，二是等效應(yīng)力是否達(dá)到破壞強(qiáng)度。一旦滿足任一失效條件，程序?qū)⒉牧蠘?biāo)記為失效狀態(tài)，并大幅降低其剛度以模擬材料的承載能力喪失。
4.本構(gòu)響應(yīng)計(jì)算階段
在本構(gòu)響應(yīng)計(jì)算階段，程序考慮了應(yīng)變率效應(yīng)和材料硬化特性，更新當(dāng)前的屈服應(yīng)力。同時(shí)計(jì)算應(yīng)力偏量，得到米塞斯等效應(yīng)力和塑性流動(dòng)方向，這些是判斷材料是否屈服的關(guān)鍵參數(shù)。
5.彈塑性判別
然后進(jìn)行彈塑性判別。將當(dāng)前等效應(yīng)力與更新后的屈服應(yīng)力進(jìn)行比較：
若未達(dá)到屈服，材料表現(xiàn)為彈性響應(yīng)，應(yīng)變?cè)隽咳哭D(zhuǎn)化為彈性應(yīng)變，應(yīng)力通過(guò)彈性剛度矩陣直接計(jì)算得到。
若超過(guò)屈服，材料進(jìn)入塑性狀態(tài)，此時(shí)需要計(jì)算塑性應(yīng)變?cè)隽俊?/span>
展開(kāi) Dyna中模擬材料失穩(wěn)的GISSMO失效模型 ￥20
Dyna中GISSMO和JC失效模型比較
JC失效模型無(wú)法模擬材料失穩(wěn)過(guò)程，損傷計(jì)算只能是線性累積，失效應(yīng)變與應(yīng)力三軸度只能是單調(diào)的關(guān)系； GISSMO失效模型可以模擬材料失穩(wěn)過(guò)程，損傷計(jì)算為非線性指數(shù)累積，失效應(yīng)變與應(yīng)力三軸度可以不是單調(diào)的關(guān)系。是一種更符合實(shí)際的失效模型。
更多分享，詳見(jiàn)微信公眾號(hào)：共享CAE
LSDYNA聚能射流侵徹細(xì)觀混凝土靶 ￥50
炸藥為8701；殼體為鋁，PK模型；藥型罩為銅，JC模型；
相比于均質(zhì)化模型，細(xì)觀模型能夠較好的呈現(xiàn)混凝土在射流侵徹作用下的裂紋演化過(guò)程。
LS-DYNA材料模型額外歷史變量含義匯總（history var#）
在LS-DYNA軟件中，每個(gè)材料模型都可以通過(guò)關(guān)鍵字*DATABASE_EXTENT_BINARY定義額外歷史變量的輸出，如下圖所示：
將第一個(gè)選項(xiàng)卡NEIPH改為需要輸出的個(gè)數(shù)即可，比如改為4，即可輸出實(shí)體單元材料的4個(gè)歷史變量。
對(duì)于常用的脆性材料損傷本構(gòu)模型，常常需要輸出歷史變量來(lái)獲取損傷變量，比如HJC本構(gòu)模型的損傷變量是1號(hào)歷史變量。下面介紹如何查詢歷史變量所代表含義。
在LS-DYNA官網(wǎng)里可以查到，網(wǎng)址https://www.dynasupport.com/howtos/material/history-variables
舉例子：
比如272號(hào)RHT模型：
可以看出RHT模型的4號(hào)歷史變量是損傷，3號(hào)歷史變量是孔隙度。查看時(shí)只需要在ls-prepost中選擇對(duì)應(yīng)的history var#id即可
比如111號(hào)HJC模型：
可以看出1號(hào)歷史變量是損傷。
比如15號(hào)JC模型：歷史變量含義較多，也意味著我們需要把之前選項(xiàng)卡的數(shù)字增大到6。
比如159號(hào)CSCM模型：3號(hào)和4號(hào)歷史變量即為不同類型的損傷
綜上所述，根據(jù)LS-DYNA官方網(wǎng)站提供的對(duì)照表查詢即可。
網(wǎng)址https://www.dynasupport.com/howtos/material/history-variables
展開(kāi) LS-DYNA應(yīng)用——金屬切削/打孔 FEM-SPH 模型 ￥50
</p><p>刀具為剛體，采用FEM建模，鋁合金材料為JC模型，采用SPH建模。</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202507/attachment/eacf334e2a5344d58330cacd8a1f6891.gif" style="display: inline-block;" data-regular="true">
<img src="https://img.jishulink.com/202507/attachment/eacf334e2a5344d58330cacd8a1f6891.gif" style="" width="649" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202507/attachment/eacf334e2a5344d58330cacd8a1f6891.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202507/attachment/eacf334e2a5344d58330cacd8a1f6891.gif?
展開(kāi) 
基于LS-DYNA的平頭彈沖擊間隙雙層靶數(shù)值模擬
目前主要手段為實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬，缺乏失效模式的理論模型。雙層靶板結(jié)構(gòu)形式分為接觸式和間隙式，本文將通過(guò)ANSYS/LS-DYNA來(lái)論證平頭彈穿透間隙式雙層靶的失效模式。
2、有限元分析
2.1 彈靶材料本構(gòu)模型
在數(shù)值模擬中，靶板采用采用Johnson-Cook（JC）強(qiáng)度模型和累積損傷失效模型來(lái)描述靶材的力學(xué)性能，JC本構(gòu)模型常用于模擬金屬材料從低應(yīng)變率到高應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)行為，該模型利用變量乘積關(guān)系分別描述應(yīng)變、應(yīng)變率、溫度和損傷因子的影響，具體形式為：
式中參數(shù)具體含義請(qǐng)自查文獻(xiàn)，本文不加贅述。
在本文數(shù)值模擬中，靶板采用Johnson-Cook（JC）強(qiáng)度模型和累積損傷失效模型來(lái)描述靶材的力學(xué)性能，彈體材料模型服從Von Mise屈服準(zhǔn)側(cè)，采用雙線等向強(qiáng)化模型。本文中靶板材料的具體數(shù)值如下圖所示：
為簡(jiǎn)化計(jì)算，彈體材料模型選用LS-DYNA中的20號(hào)剛體材料本構(gòu)模型。
2.2彈靶有限元模型
本文所采用雙層靶的有限元模型如下圖所示，靶體直徑為100，每層的厚度為0.5，層間間隙為2.3；彈體為圓柱形，直徑為2.8，彈長(zhǎng)4。彈體和靶板網(wǎng)格均用Lagrange映射網(wǎng)格方法劃分為六面體單元，為提高計(jì)算精度，在靶體圓心處（即彈體沖擊位置）及附近區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行加密。
2.3 其他求解條件設(shè)置
求解之前，需要設(shè)置模型的邊界條件、沖擊速度等，具體內(nèi)容參考下圖。
由于本模型為對(duì)稱模型，計(jì)算中可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為1/4模型進(jìn)行計(jì)算，在對(duì)稱邊界上施加對(duì)稱約束，在靶板邊界處施加非反射邊界，以此來(lái)模擬無(wú)限大靶板。
彈靶之間采用如下圖所示的三維面對(duì)面侵蝕接觸算法
除此之外，還要設(shè)置模型的終止計(jì)算時(shí)間以及結(jié)果輸出的時(shí)間間隔。
展開(kāi) LSDYNA鋼球沖擊細(xì)觀混凝土模擬 ￥50
</p><p>鋼球?yàn)?em>JC模型，混凝土與骨料均為RHT模型。沖擊速度100m/s。</p><p>模型能夠清晰呈現(xiàn)沖擊荷載下含骨料混凝土的損傷演化情況。
模型分享004——不銹鋼封頭拉伸成型工藝仿真分析
建模
工藝參數(shù)表
壓邊力（N）
500000
750000
1000000
1250000
1500000
載荷（mm/s）
25000
30000
35000
40000
45000
溫度
400
600
800
1000
1200
摩擦力（摩擦系數(shù)）
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
20組參數(shù)組合：（注意載荷與分析步時(shí)間之間的關(guān)系，分析步時(shí)間等于）
建立幾何模型
如圖1所示為使用ABAQUS仿真軟件建立的凸模、凹模、壓邊圈和工件的三維幾何模型，模型尺寸就是你圖中的尺寸，工件的直徑為110mm厚度5mm。
圖1
材料本構(gòu)方程（材料屬性）
建立鋼的本構(gòu)方程，對(duì)工件材料的基本性能進(jìn)行描述，并且需要準(zhǔn)確的反映出拉伸成型過(guò)程中受到的溫度和應(yīng)變情況，利用Johnson-Cook模型建立本構(gòu)方程。此外JC模型還可以減少仿真計(jì)算量，加快計(jì)算速度外。
材料主要參數(shù)如下，此外其余參數(shù)在CAE文件中可以找到。
裝配
裝配后通過(guò)對(duì)各部件的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，來(lái)實(shí)現(xiàn)各部件的裝配。
圖3
分析步
分析步設(shè)置中，設(shè)置類型為位移溫度耦合仿真分析，并設(shè)置分析時(shí)間為0.002s，在場(chǎng)輸出里面點(diǎn)擊STATUS，在歷史輸出里面設(shè)置輸出力和位移，如圖4所示。
展開(kāi) 開(kāi)源Johnson-Cook損傷vumat子程序
Johnson-CooK （簡(jiǎn)稱 JC）模型主要用于解決金屬材料在強(qiáng)沖擊、高應(yīng)變率、劇烈溫度變化下的復(fù)雜響應(yīng)問(wèn)題。在國(guó)防穿甲爆破、航空航天器外殼受撞擊、汽車高速碰撞以及工業(yè)上的金屬切削加工等極端工況下，金屬材料在極短時(shí)間內(nèi)會(huì)發(fā)生巨大的變形，并且伴隨著由于劇烈摩擦和變形產(chǎn)生的局部高溫。傳統(tǒng)的彈塑性模型無(wú)法準(zhǔn)確模擬這種“又快、又熱、變形又大”的極端物理過(guò)程，而 JC 模型正是為了破解這些高能耗、高破壞性的力學(xué)難題而誕生的。
該模型的核心思想是將復(fù)雜的金屬材料行為進(jìn)行“解耦”，認(rèn)為材料的強(qiáng)度主要受到三個(gè)獨(dú)立因素的疊加影響：應(yīng)變硬化、應(yīng)變率（變形速度）強(qiáng)化和熱軟化。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它認(rèn)為金屬材料在變形時(shí)有三個(gè)特點(diǎn)：一是隨著變形量增大材料會(huì)越變?cè)接玻欢亲冃伟l(fā)生得越快材料也會(huì)變得越硬；三是當(dāng)變形產(chǎn)生的熱量讓材料溫度升高時(shí)，材料就會(huì)變軟。同時(shí)，模型還引入了熱功轉(zhuǎn)換機(jī)制，將材料變形產(chǎn)生的絕熱塑性功直接轉(zhuǎn)化為熱量，并配合損傷退化和單元?jiǎng)h除機(jī)制，從而能夠逼真地模擬出材料從開(kāi)始變形、變硬、變軟，直到最終斷裂撕裂的全過(guò)程。
它之所以成為高應(yīng)變率仿真領(lǐng)域的“長(zhǎng)青樹(shù)”，主要原因有三點(diǎn)。首先是參數(shù)物理意義明確且極易獲取，相比其他復(fù)雜的力學(xué)模型，JC 模型的參數(shù)可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的高速拉伸或霍普金森壓桿（SHPB）試驗(yàn)輕松測(cè)得，工程實(shí)用性極高。其次是計(jì)算效率與數(shù)值穩(wěn)定性極佳，它的數(shù)學(xué)形式簡(jiǎn)潔高效，非常適合顯式動(dòng)力學(xué)子程序（如 VUMAT）進(jìn)行大規(guī)模并行計(jì)算，不易發(fā)生數(shù)值發(fā)散。最后是完美閉環(huán)了“力-熱-損傷”的耦合，它不僅能算應(yīng)力，還能同步算出溫度升高以及材料的受損程度，在模擬金屬穿透、飛濺、切屑形成等斷裂失效行為時(shí)，具有無(wú)與倫比的仿真精度和視覺(jué)逼真度。
展開(kāi) 