JH2的案例
調用ABAQUS內置JH2模型模擬沖擊損傷-ABAQUS例子
JH2模型在ABAQUS材料屬性模塊并不能找到，但是它在ABAQUS里是存在的，要想使用，必須將inp文件中的材料名以ABQ_JH2命名開頭，例如：*Material, name=abq_jh2_siliconcarbide
The JHB and JH-2 models are available as built-in user materials for Abaqus (i.e., via VUMAT subroutines that are built-in).
These built-in materials are invoked by using material names starting with ABQ_JHB and ABQ_JH2, respectively.
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例子：
碳化硅靶材
初始速度4000m/s
通用接觸
動態顯示分析
343,980 elements for the target and
2000 elements for the projectile
總時間7us
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Johnson-Holmquist model描述
uses the JH-2 model. The JH-2 model assumes that the damage variable increases progressively with plastic deformation. The material parameters used for the JH-2 model are listed in Table 2.1.18–4.
展開 Abaqus基于JH2本構的脆性材料沖擊仿真及SHPB模擬
1992年Johson和Holmquist首次提出用于脆性材料的JH1模型，隨后于1994年提出在JH1基礎上改進型的JH2模型。JH2模型包括應變率、靜水壓力以及與損傷相關的強度模型和多項式形式的狀態方程。它是在JH1模型基礎上，加入強度的連續損傷劣化效應來描述材料的梯度破壞過程。加載過程中材料首先表現為彈性性質，直到應力水平達到材料的屈服極限，材料開始發生損傷。隨著損傷的逐漸積累，脆性材料發生劣化，最終完全破碎。
JH2強度模型是將材料的等效應力表示成靜水壓力的冪函數形式并且與應變率和損傷因子Ｄ相關，其中定義的歸一化強度模型為
當材料未發生損傷D=0時，歸一化等效應力可以表示為
當材料完全破碎D=1時，歸一化等效應力為
p*為歸一化靜水壓力
由裂紋導致的損傷
其中
裂紋產生前靜水壓力為
裂紋產生后需要加入壓力增量ΔP
其中
Abaqus自帶的材料模型中并沒有JH2本構，但是其提供了內置的子程序以供調用。使用內置子程序需要以ABQ_JH2_作為前綴，比如ABQ_JH2_GLASS。JH2的材料設置時，一共由8個狀態變量，第8個狀態變量控制網格刪除。各變量的含義如下。
材料屬性的含義如下
下圖為通過JH2本構進行的相關的沖擊模擬
此外，本貼根據JH2本構的相關理論，編寫了JH2本構的VUMAT子程序，并對脆性材料的SHPB試驗進行了模擬，以下是相關的結果。
試驗件失效示意圖
入射和透射桿上的應變響應
有關于abaqus子程序開發的相關問題可以聯系公眾號。
展開 Abaqus內置JH2本構子程序介紹 ￥9.9
<p><strong>Abaqus通過JH2本構進行脆性材料的沖擊仿真</strong></p><p>1992年Johson和Holmquist首次提出用于脆性材料的JH1模型，隨后于1994年提出在JH1基礎上改進型的JH2模型。JH2模型包括應變率、靜水壓力以及與損傷相關的強度模型和多項式形式的狀態方程。它是在JH1模型基礎上，加入強度的連續損傷劣化效應來描述材料的梯度破壞過程。加載過程中材料首先表現為彈性性質，直到應力水平達到材料的屈服極限，材料開始發生損傷。隨著損傷的逐漸積累，脆性材料發生劣化，最終完全破碎。
展開 Abaqus基于JH2本構的脆性材料SHPB仿真
之前的帖子https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1286166 介紹了如何在Abaqus中調用內置的JH2本構子程序以及各參數的含義。本貼根據JH2本構的相關理論，編寫了JH2本構的VUMAT子程序，并對脆性材料的SHPB試驗進行了模擬，以下是相關的結果。
試驗件失效示意圖
入射和透射桿上的應變響應
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JH2本構文獻（經典）
JH2本構下載文獻，文獻來自公開文獻，僅供學習交流！
JH-2材料本構—經典之作.pdf
ANSYS/LSDYNA中的JH-2本構模型參數含義及陶瓷材料的具體參數值
眾所周知，在ANSYS/LSDYNA中JH-2模型適用于模擬大變形材料的力學行為的，用于陶瓷、玻璃、藍寶石等硬脆材料的力學模擬中，JH-2本構模型具有三類參數，分別對應著LSDYNA材料卡片中的三類指標，本構參數眾多，那么對于了解其真實含義至關重要，對此，筆者在查閱文獻基礎下總結了各個參數的準確含義并對其背后的數學公式的前后推導順序做出了總結，如圖1所示。
圖1
文獻中給出了比較權威的關于氧化鋁陶瓷的jh-2本構全部參數，可以對大家對于硬脆陶瓷材料的參數選擇調試提供很大的參考意義，三類陶瓷材料的本構參數如圖2所示。
圖2
展開 LS-DYNA中JH-2本構模型參數標定詳細過程 ￥16.6
本文重點講述了JH-2本構模型參數的標定過程，過程十分詳細。還順帶在開頭提及了空氣模型的相關參數，需要的朋友可自行下載學習。
下圖為本文檔的目錄與介紹部分：
Abaqus中陶瓷本構模型及其數值計算應用
Abaqus官方幫助中給出的JH-2本構模型參數如表2所示。
表2 JH-2本構模型參數
JH-2本構模型以無量綱形式描述了應力和壓力的關系，以Hugoniot極限下的壓力對壓力變量進行了無量綱化。
JHB本構模型狀態變量如表3所示。
表3 JHB本構模型狀態變量
JH-2本構中SDV7為體應變，SDV8為材料點狀態MpStatus，與JHB本構相比不輸出SDV7最大體應變，其余6項狀態變量（SDV）與JHB相同。
3 數值模型
模型為半徑5mm、長度10mm鎢合金棒材侵徹邊長50mm、厚6mm的陶瓷板四分之一模型，如圖2所示。侵徹速度1000m/s，模型整體進行四分之一邊界約束，邊界面全部節點鉸支。所有單元為C3D8R單元，單元最小尺寸為0.25mm。
圖2 數值模型
為對比不同本構模型的求解同一問題的差異，僅修改inp文件中本構模型參數部分，提交計算，Abaqus2021版本求解器單精度8核并行求解。
4 結果討論
4.1 數值計算結果
官方幫助中長桿金棒侵徹半無限陶瓷靶板時，金棒的侵徹深度隨時間的變化情況與試驗值基本一致，如圖3所示。
圖3 官方幫助求解結果截圖
（官方幫助中試驗數據引自Holmquist T J , Johnson G R . Journal of Applied Physics, 2005, 97(9):5858-753.）
3種陶瓷本構模型參數保持不變，求解第3節中的工況。圖4為使用3種不同本構模型時棒材尾端點速度降情況。由圖可知，0.015ms左右棒材已經穿透陶瓷板，速度基本保持不變，但陶瓷板使用JHB本構后棒材速度降約比其它兩種本構模型高150m/s，與DP和JH-2本構計算結果差別較大。
展開 算例丨Abaqus軟件中陶瓷本構模型及侵徹損傷失效數值計算應用實例
表2 JH-2本構模型參數
JH-2本構模型以無量綱形式描述了應力和壓力的關系，以Hugoniot極限下的壓力對壓力變量進行了無量綱化。
JHB本構模型狀態變量如表3所示。
表3 JHB本構模型狀態變量
JH-2本構中SDV7為體應變，SDV8為材料點狀態MpStatus，與JHB本構相比不輸出SDV7最大體應變，其余6項狀態變量（SDV）與JHB相同。
2 數值模型
模型為半徑5mm、長度10mm鎢合金棒材侵徹邊長50mm、厚6mm的陶瓷板四分之一模型，如圖2所示。侵徹速度1000m/s，模型整體進行四分之一邊界約束，邊界面全部節點鉸支。所有單元為C3D8R單元，單元最小尺寸為0.25mm。
圖2 數值模型
為對比不同本構模型的求解同一問題的差異，僅修改inp文件中本構模型參數部分，提交計算，Abaqus2021版本求解器單精度8核并行求解。
3 結果討論
3.1 數值計算結果
官方幫助中長桿金棒侵徹半無限陶瓷靶板時，金棒的侵徹深度隨時間的變化情況與試驗值基本一致，如圖3所示。
圖3 官方幫助求解結果截圖
3種陶瓷本構模型參數保持不變，求解第3節中的工況。圖4為使用3種不同本構模型時棒材尾端點速度降情況。由圖可知，0.015ms左右棒材已經穿透陶瓷板，速度基本保持不變，但陶瓷板使用JHB本構后棒材速度降約比其它兩種本構模型高150m/s，與DP和JH-2本構計算結果差別較大。
圖4 使用不同陶瓷本構模型時的棒材速度降
圖5為0.02ms時陶瓷板的破碎情況。使用DP本構的陶瓷板環裂不明顯，陶瓷錐明顯；使用JH-2本構的陶瓷板環裂明顯，陶瓷錐較為明顯；使用JH-2本構的陶瓷板無環裂和陶瓷錐出現，其主要原因是陶瓷單元過早刪除。
展開 【LSDYNA操作小技巧七】LSDYNA中具體材料歷史變量的定義與輸出問題 ￥1.99
眾所周知，針對硬脆材料的模擬通常采用JHC或JH-2本構模型模擬，玻璃類材質、混凝土等是這類硬脆材料的典型代表。相同的是，無論JHC還是JH2本構模型都內置有材料的累積損傷模型用以準確描述硬脆材料在收到破壞時的內部單元失效變化，反映在宏觀上即產生裂紋、斷裂、損傷等。研究上述諸如裂紋等材料大變形問題對于深入認知本構模型的作用機理就顯得尤為必要。
LSDYNA作為專門針對材料非線性、大變形問題而開發的大型顯示動力學仿真軟件，其擁有相當齊全的材料庫，針對其中材料的本構關系都有非常明確的軟件設置與輸出步驟，方便用戶對本構的快速設置甚至二次開發。本帖以典型的材料大變形問題磨粒切削加工引起的加工損傷為案例講解損傷歷史變量的定義與輸出步驟。
在我們沒有更好的文獻參考時，官方仿真軟件的幫助文檔是一個最佳的選擇。以下提供在LSDYNA中具體查閱歷史變量定義的鏈接如下，
History Variables for Certain Material Models — Welcome to the LS-DYNA support site.
基于此，必須首先定義目標歷史變量如圖1所示。具體通過，在關鍵字 *DATABASE_EXTENT_BINARY中定義NEIPH 或 NEIPS 實現。這里NEIPH 或 NEIPS 只能填入具體的數字加以定義材料具體哪些的歷史變量。
圖1
具體以此為例：為輸出磨粒切削加工引起的工件損傷，首先找到對應的工件材料編號110（工件為K9玻璃，采用JH-2本構），可知損傷因定義為2如圖1所示，故在NEIPH輸入數字2即可，若為了查看其他材料歷史變量，對應輸出1-4即可實現。
展開 基于ABAQUS的AlN絕緣涂層磨損機理仿真研究
氮化鋁材料尺寸20mm×20mm×2mm。按照摩擦磨損試驗臺的實際裝配情況，基體完全固定，滾動體只保留摩擦方向的自由度。載荷垂直于基體，滾動體與基體兩者建立面面接觸，法向接觸設置為硬接觸，切向接觸設置為定摩擦系數。根據實驗測試結果，滾動體與涂層基體之間的摩擦系數取平均值0.3。
圖1 氮化鋁摩擦磨損實驗幾何模型
1.2 ABAQUS/Standard中的Archard磨損模型
Archard磨損模型是使用最為廣泛的一種磨損模型，多用于預測每個節點的材料去除率[8]，其通用形式：
式中:V—磨損過程中去除材料的體積；s—滑行距離；F—法向載荷；K—無量綱磨損系數；H—磨損材料的硬度。對公式進行推導和變形可得到：
式中：hi+1—進行到（i+1）次增量步時的總磨損量；pi—第i次增量步時的接觸壓力；kD為無量綱磨損系數；hi—第i次增量步的磨損深度。在有限元仿真計算當中，為了實現摩擦塊磨損行為的求解，可以通過調用UMESHMOTION子程序，利用Archard磨損模型求得摩擦塊的磨損量。
1.3 ABAQUS/Explicit中的JH-2磨損模型
Johnson-Holmquist (JH-2）模型是一種彈塑性損傷材料模型，常用于描述大應變率和高壓下的玻璃和陶瓷等脆性材料，該模型能夠捕捉脆性材料的去除機制[11]，氮化鋁材料的JH-2模型相關常數，見表1。
表1 氮化鋁的JH-2模型參數[12]
在ABAQUS中編譯inp文件可構建JH-2陶瓷損傷模型，見圖2，在裝配時輸入由Archard模型計算的磨損深度a。為模擬涂層材料的破損需在單元設置中勾選單元刪除，載荷施加方向為摩擦力方向，為滾動體施加在摩擦方向的線速度。采用動力顯式分析對磨損過程進行求解。
展開 
基于FEM-SPH耦合算法的磨粒仿真研究
表1 仿真參數設置
參數
數值
工件尺寸
2×1×0.3mm
切深（ap）
0μm-30μm-0μm
模型粒子數量
371280
粒子間隔
0.012mm
4.2材料本構參數的設置
磨粒的本構設置較為簡單，磨粒為金剛石，設為剛體（密度3560kg/m3、泊松比0.2、楊氏模量1000GPa），工件為單晶碳化硅材料，在碳化硅材料的變切深刻劃過程中，材料的應力應變呈現非線性關系，這種情況下通常使用的彈塑性材料本構模型已經不再適用，目前針對陶瓷、碳化硅等硬脆性材料的研究，學者們普遍使用 Johnson 和 Holmquist 提出的 JHC（Johnson-Holmquist-Ceramic）本構模型（JH-2）來進行表征[7]。此模型能夠較為準確反映碳化硅加工過程中的動態損傷及裂紋擴展情況，適合本文的仿真要求。單晶碳化硅的 JH-2 材料本構模型參數是在查閱文獻的基礎上，通過多次模擬與實驗驗證獲得的。表2給出了單晶碳化硅的本構參數。
展開 LS-DYNA巖石/混凝土爆炸與沖擊相關的本構材料參數 ￥49.99
本人閱讀并收集了大量文獻中的巖石/混凝土本構參數供參考，包括常用的RHT模型、HJC模型、JH-2模型、PK模型等，多數取自近幾年的SCI/EI論文，包括多個種類的巖石/混凝土（各個強度等級混凝土、花崗巖、砂巖、煤巖、石灰巖、礦石、矽卡巖、白云巖、板巖、煤巖、綠砂巖、白砂巖、紅砂巖、灰砂巖、玄武巖、灰砂巖、大理巖、角巖、軟巖、土壤炮泥等等），并且模板會持續更新。
另外，也提供了爆炸仿真時多個品種的炸藥、玻璃材料、陶瓷材料、沖擊仿真時需要用的金屬彈丸材料等。
目前模板中約有40套材料參數。爆炸沖擊模擬時直接套用即可，十分方便。閱讀到新的論文用到了相關本構，參數模板會持續更新，目前最新更新版本為2024.6.27，附件包括參數模板和模板使用教程，模板已按照K文件關鍵字格式輸好，直接復制即可使用。
單位制g-cm-微秒，部分截圖如下：
更新日志：
2022.2.20 新增1組HJC參數、1組RHT參數、3組JH-2參數
更新日志：
2022.3.21 新增3組RHT參數、2組HJC參數、3組CSCM參數（含玄武巖）、聚乙烯和合金參數
更新日志：
2022.10.11 新增5組RHT參數、4組HJC參數、2組CSCM參數、1組玻璃JH-2參數、PK本構的PVC參數
2024.6.27 新增5組RHT參數、7組HJC參數、3組PK參數，包括礦石、矽卡巖、白云巖、板巖、煤巖、綠砂巖、白砂巖
展開 LS-DYNA煙灰缸跌落仿真 ￥9.99
1、工況設置
煙灰缸網格采用六面體網格，為了減少計算量，網格大小為1.5mm；煙灰缸材料為玻璃，模型為*MAT110 JH2本構模型；初始條件為5m/s的Z負向初速度，和重力。地面為剛性墻。
2、仿真結果
如想獲得更為精確的仿真結果，有時間精力的同學可以細化網格，優化失效應變，或者采用有限元和光滑粒子耦合的方法模擬。
LS-DYNA剛性滾刀直線破巖（強制旋轉） ￥200
<p>基于LS-DYNA軟件，刀盤為剛體，巖石為采用JH2本構，刀盤滾動依靠強制旋轉</p><p><br></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/202604/attachment/ca4476d107da48f49b34d57fc950e307.png" style="display: inline-block;" data-regular="true">
<img src="https://img.jishulink.com/202604/attachment/ca4476d107da48f49b34d57fc950e307.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202604/attachment/ca4476d107da48f49b34d57fc950e307.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202604/attachment/ca4476d107da48f49b34d57fc950e307.png?
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