GTN模型
關(guān)注創(chuàng)建者：靜默的無(wú)線電 創(chuàng)建時(shí)間：2020-07-13
GTN模型的視頻教程
ABAQUS鋼絞線拉伸斷裂過(guò)程
講解了ABAQUS鋼絞線的拉伸斷裂全過(guò)程 部分參數(shù)隨意選取，主要講方法，具體值可根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)或論文選取，破壞參數(shù)的定義不是只此一種，拉裂方式也不止此一種，可用于作業(yè)，用于論文模型還需細(xì)化，材料方面，同學(xué)們要是有精力可以了解一下更高深一點(diǎn)的GTN本構(gòu)模型 如果要對(duì)比擬靜力或者靜力試驗(yàn)，那么課程中的質(zhì)量縮放系數(shù)不應(yīng)該給那么大，還應(yīng)該在歷程輸出中選中IE和KE，最終結(jié)果曲線的KE/IE至少要小于10%
￥22 57分鐘 882播放
查看
GTN模型的實(shí)例教程
abaqus內(nèi)置的GTN模型與編寫的GTN模型以及NH修正模型，zhou修正模型的案例
abaqus內(nèi)置了原始GTN模型可以通過(guò)指定材料對(duì)應(yīng)的應(yīng)力和塑性應(yīng)變與GTN組合進(jìn)行模擬，為了方便對(duì)比，這里使用自定義的硬化函數(shù)Vuhard（swift硬化模型）結(jié)合內(nèi)置GTN與編寫的Vumat子程序進(jìn)行對(duì)比，分別比較拉伸試樣和剪切試樣，所有參數(shù)保持相同，區(qū)別在于NH-GTN，和zhou-GTN模型包含剪切修正項(xiàng)
初始拉伸試樣（拉伸變形30%，材料對(duì)應(yīng)為DP600鋼）
Vumat左側(cè)，Vuhard+abqus右側(cè)，對(duì)應(yīng)結(jié)果如下（結(jié)果幾乎一致）
拉伸試樣斷裂時(shí)應(yīng)力：
拉伸試樣應(yīng)力應(yīng)變曲線
修正的NH-GTN 模型模擬二維平面應(yīng)變拉伸以及剪切模型效果（在VUMAT中實(shí)現(xiàn)）
平面應(yīng)變拉伸試樣斷裂時(shí)應(yīng)力：
3D剪切試樣平整端口形貌：
修正的zhou-GTN 模型模擬二維平面應(yīng)變拉伸以及剪切模型效果（在VUMAT中實(shí)現(xiàn)）
平面應(yīng)變拉伸試樣斷裂時(shí)應(yīng)力：
3D剪切試樣平整端口形貌：
如果文章推薦對(duì)你有幫助，歡迎點(diǎn)贊轉(zhuǎn)發(fā)和打賞！！！
展開 GTN（Gurson-Tvergaard-Needleman）模型是一種常用的用于描述金屬材料損傷行為的理論模型。GTN模型最初由Gurson于1977年提出，后來(lái)由Tvergaard和Needleman進(jìn)行了改進(jìn)和推廣。
GTN模型基于孔隙率（porosity）理論，認(rèn)為材料中存在著許多孔洞或微缺陷，這些孔洞或微缺陷是材料發(fā)生損傷的主要因素。GTN模型假設(shè)材料中的孔洞是圓形的，并假定孔洞之間不存在相互作用。
GTN模型中，通過(guò)三個(gè)參數(shù)來(lái)描述材料的損傷行為：材料的孔隙率（porosity）、材料的強(qiáng)度（yield strength）和材料的韌性（fracture toughness）。其中，孔隙率是材料中孔隙的占據(jù)體積比，強(qiáng)度是材料的
屈服強(qiáng)度，韌性是材料的斷裂韌性。
GTN模型通過(guò)一個(gè)體積分?jǐn)?shù)函數(shù)（void volume fraction function）來(lái)描述孔隙率的變化。體積分?jǐn)?shù)函數(shù)與材料中的孔隙率之間存在線性關(guān)系，可以表示為：
f = V_v / V_m
其中，f為體積分?jǐn)?shù)函數(shù)，V_v為材料中的孔隙體積，V_m為材料的總體積。
GTN模型假定材料中的孔隙對(duì)應(yīng)于一些虛擬的顆粒，這些顆粒與材料中的晶粒一樣具有一定的大小和形狀。通過(guò)定義一個(gè)孔洞半徑，GTN模型可以計(jì)算出材料中的孔洞數(shù)量。
GTN模型中的強(qiáng)度和韌性參數(shù)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定來(lái)確定。一旦確定了這些參數(shù)，就可以使用GTN模型來(lái)預(yù)測(cè)材料在不同應(yīng)變速率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線、斷裂韌性和孔洞形變行為等。
需要注意的是，GTN模型只適用于具有孔隙的金屬材料，而不適用于其他類型的材料。此外，GTN模型中的一些假設(shè)可能與實(shí)際情況存在一定的差異，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚驼{(diào)整。但使用損傷模型計(jì)算時(shí)相比較彈塑性對(duì)于網(wǎng)格的要求更加嚴(yán)格，即網(wǎng)格敏感性更高。
展開 文章名稱《Tearing failure of ultra-thin sheet-metal involving size effect in blanking process: Analysis based on modified GTN model》
DOI：10.1016/j.ijmecsci.2017.08.028
在超薄板沖裁過(guò)程中，傳統(tǒng)的損傷理論正面臨挑戰(zhàn)。經(jīng)典GTN模型認(rèn)為，材料斷裂主要源于微孔的形核、長(zhǎng)大與聚合，因此它更適合描述以拉伸三軸應(yīng)力為主導(dǎo)的韌性斷裂。但這篇文章研究的對(duì)象是厚度僅0.084 mm的AISI 440B超薄不銹鋼板。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這類材料在沖裁時(shí)并沒(méi)有表現(xiàn)出典型的“微孔充分長(zhǎng)大后再斷裂”的特征，而是呈現(xiàn)出更明顯的撕裂失效與剪切主導(dǎo)破壞特征。也就是說(shuō)，當(dāng)板厚進(jìn)入超薄尺度后，傳統(tǒng)GTN模型已經(jīng)難以完整解釋實(shí)際斷裂機(jī)制。
針對(duì)這一問(wèn)題，作者構(gòu)建了一套可概括為CMSG-GTN的分析框架：一方面，在傳統(tǒng)GTN模型基礎(chǔ)上引入剪切損傷變量，用于表征低應(yīng)力三軸度條件下的剪切主導(dǎo)失效；另一方面，將機(jī)制型應(yīng)變梯度理論引入有限元分析，以刻畫超薄板在微尺度下顯著存在的尺寸效應(yīng)。前者解決了“傳統(tǒng)GTN不擅長(zhǎng)描述剪切斷裂”的問(wèn)題，后者解決了“常規(guī)塑性理論忽略微尺度強(qiáng)化”的問(wèn)題。換句話說(shuō)，作者不是簡(jiǎn)單修補(bǔ)GTN模型，而是把“剪切損傷”和“尺寸效應(yīng)”同時(shí)納入同一框架中，用來(lái)解釋超薄板沖裁中的真實(shí)失效過(guò)程。
在實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果上，這篇文章給出了幾個(gè)很有價(jià)值的結(jié)論。首先，超薄板沖裁斷口可以分為彎曲區(qū)、光亮區(qū)和斷裂區(qū)，且對(duì)稱面比自由面更早發(fā)生斷裂，說(shuō)明裂紋并不是均勻萌生的，而具有明顯的空間優(yōu)先位置。其次，SEM觀察和數(shù)值模擬都表明，雖然斷口附近能夠看到微孔，但這些微孔尺寸較小、發(fā)展有限，并未達(dá)到主導(dǎo)斷裂的程度；真正推動(dòng)失效的是剪切損傷的快速積累。
展開 剪切修正模型的數(shù)值實(shí)現(xiàn)------《Nielsen KL, Tvergaard V. Ductile shear failure or plug failure of spot welds modelled by modified Gurson model. Engineering Fracture Mechanics 2010;77:1031–47.》
GTN模型是韌性斷裂的一個(gè)廣為人知的微觀力學(xué)模型，考慮了基體材料的孔洞形核，生長(zhǎng)，聚集，其損傷具有明顯的物理意義。然而由于原始gurson模型在低應(yīng)力三軸度下預(yù)測(cè)的孔洞形核和孔洞生長(zhǎng)非常小，同時(shí)模型假設(shè)為球型孔洞，在低應(yīng)力三軸度下，孔洞通常呈現(xiàn)非球形，因此在剪切為主的損傷問(wèn)題中，GTN模型的應(yīng)用存在適用性問(wèn)題，Pardoen and Hutchinson針對(duì)空隙形狀發(fā)展了考慮孔洞形狀極其影響機(jī)制的擴(kuò)展GTN模型，Nahshon and Hutchinson提出的考慮剪切效應(yīng)的擴(kuò)展GTN模型，這里主要說(shuō)明第二類擴(kuò)展，即剪切擴(kuò)展模型。NH-GTN模型雖然可以得到很小，甚至負(fù)應(yīng)力三軸度下的損傷預(yù)測(cè)，但模型在高應(yīng)力三軸度下，相同參數(shù)情況下，預(yù)測(cè)剪切效應(yīng)過(guò)大
針對(duì)該問(wèn)題，作者在文章中提出了擴(kuò)展NH-GTN模型，可以在不改變剪切失效系數(shù)情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)低，中，高應(yīng)力三軸度的合理預(yù)測(cè)。
展開 剪切修正模型的數(shù)值實(shí)現(xiàn)------《Nielsen KL, Tvergaard V. Ductile shear failure or plug failure of spot welds modelled by modified Gurson model. Engineering Fracture Mechanics 2010;77:1031–47.》
GTN模型是韌性斷裂的一個(gè)廣為人知的微觀力學(xué)模型，考慮了基體材料的孔洞形核，生長(zhǎng)，聚集，其損傷具有明顯的物理意義。然而由于原始gurson模型在低應(yīng)力三軸度下預(yù)測(cè)的孔洞形核和孔洞生長(zhǎng)非常小，同時(shí)模型假設(shè)為球型孔洞，在低應(yīng)力三軸度下，孔洞通常呈現(xiàn)非球形，因此在剪切為主的損傷問(wèn)題中，GTN模型的應(yīng)用存在適用性問(wèn)題，Pardoen and Hutchinson針對(duì)空隙形狀發(fā)展了考慮孔洞形狀極其影響機(jī)制的擴(kuò)展GTN模型，Nahshon and Hutchinson提出的考慮剪切效應(yīng)的擴(kuò)展GTN模型，這里主要說(shuō)明第二類擴(kuò)展，即剪切擴(kuò)展模型。NH-GTN模型雖然可以得到很小，甚至負(fù)應(yīng)力三軸度下的損傷預(yù)測(cè)，但模型在高應(yīng)力三軸度下，相同參數(shù)情況下，預(yù)測(cè)剪切效應(yīng)過(guò)大
針對(duì)該問(wèn)題，作者在文章中提出了擴(kuò)展NH-GTN模型，可以在不改變剪切失效系數(shù)情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)低，中，高應(yīng)力三軸度的合理預(yù)測(cè)。
展開 
GTN模型的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
GTN模型的最新內(nèi)容
經(jīng)典GTN模型認(rèn)為，材料斷裂主要源于微孔的形核、長(zhǎng)大與聚合，因此它更適合描述以拉伸三軸應(yīng)力為主導(dǎo)的韌性斷裂。但這篇文章研究的對(duì)象是厚度僅0.084 mm的AISI 440B超薄不銹鋼板。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這類材料在沖裁時(shí)并沒(méi)有表現(xiàn)出典型的“微孔充分長(zhǎng)大后再斷裂”的特征，而是呈現(xiàn)出更明顯的撕裂失效與剪切主導(dǎo)破壞特征。也就是說(shuō)，當(dāng)板厚進(jìn)入超薄尺度后，傳統(tǒng)GTN模型已經(jīng)難以完整解釋實(shí)際斷裂機(jī)制。
通用的非局部GTN模型模型8個(gè)月前
參考文獻(xiàn):《Numerical implementation of a non-local GTN model for explicit FE simulation of ductile damage and fracture》
GTN 一類“耦合型”損傷模型在軟化階段會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變/損傷高度局部化，解失去橢圓性，導(dǎo)致結(jié)果強(qiáng)依賴單元尺寸（“網(wǎng)格越細(xì)，帶寬越窄、耗能趨零”）——這是做延性斷裂數(shù)值預(yù)測(cè)時(shí)公認(rèn)的頑疾
subroutine vumat(
! Read only -
. nblock, ndir, nshr, nstatev, nfieldv, nprops, lanneal,
. stepTime, totalTime, dt, cmname, coordMp, charLength,
. props, density, strainInc, relSpinInc
然而由于原始gurson模型在低應(yīng)力三軸度下預(yù)測(cè)的孔洞形核和孔洞生長(zhǎng)非常小，同時(shí)模型假設(shè)為球型孔洞，在低應(yīng)力三軸度下，孔洞通常呈現(xiàn)非球形，因此在剪切為主的損傷問(wèn)題中，GTN模型的應(yīng)用存在適用性問(wèn)題，Pardoen and Hutchinson針對(duì)空隙形狀發(fā)展了考慮孔洞形狀極其影響機(jī)制的擴(kuò)展GTN模型，Nahshon and Hutchinson提出的考慮剪切效應(yīng)的擴(kuò)展GTN模型，這里主要說(shuō)明第二類擴(kuò)展
GTN模型損傷子程序
修正GTN模型VUMAT子程序
詳細(xì)了解+Q 1139587955
具體介紹如下：
原始的GTN模型的屈服函數(shù)為：
原始的GTN模型建立與經(jīng)典的Mises屈服理論之上，但摒棄了塑性變形過(guò)程中的體積不變性原理，考慮的孔洞對(duì)材料屈服的影響，當(dāng)?shù)刃Э锥大w積分?jǐn)?shù)為1時(shí)，表示材料完好，此時(shí)材料的屈服退化為經(jīng)典的Mises屈服，當(dāng)?shù)刃w積分?jǐn)?shù)為特定值時(shí)材料完全失效。
此外，將模型中GTN損傷去掉后的曲線如下：
TEST.inp
j.ijmecsci.2019.105170.pdf
英文：micro-mechanical damage models（GTN模型））
作者文章基于連續(xù)損傷進(jìn)行分析
lemaitre損傷模型公式如下（引用更加詳細(xì)的文獻(xiàn)《Finite element simulation of the punchless piercingprocess with Lemaitre damage model》）：
使用mises各項(xiàng)同性屈服+swift硬化模型
GTN模型的塑性勢(shì)函數(shù)，將傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)損傷模型與GTN模型耦合為GTN模型在負(fù)應(yīng)力三軸度下的損傷預(yù)測(cè)提供了一種新的方案。
以上是GTN模型以及其剪切修正模型對(duì)應(yīng)的介紹
下圖展示abaqus內(nèi)置的GTN模型與編寫的GTN模型以及NH修正模型，zhou修正模型的案例
abaqus內(nèi)置了原始GTN模型可以通過(guò)指定材料對(duì)應(yīng)的應(yīng)力和塑性應(yīng)變與GTN組合進(jìn)行模擬，為了方便對(duì)比，這里使用自定義的硬化函數(shù)Vuhard（swift硬化模型）結(jié)合內(nèi)置GTN與編寫的Vumat子程序進(jìn)行對(duì)比，分別比較拉伸試樣和剪切試樣
