SMA本構模型的案例
形狀記憶合金的本構模型及有限元仿真 ￥30
序言： SMA本構模型是對SMA在不同溫度下應力-應變關系的描述。不同于一般的工程材料，在不同環境下，SMA的力學性能差異很大，很難用一個統一的本構模型來表現其所有的力學行為。因此，需要根據SMA表現得主要力學特征，選擇合適的、精度高的本構模型來描述SMA。有針對性的開發SMA本構模型可以降低建模難度，提高計算精度和效率，易于工程推廣。為了利用ABAQUS對SMA進行三維的仿真分析，許多學者進行了UMAT編程，將SMA三維本構嵌入ABAQUS中，實現了對SMA構件的有限元分析。常用的仿真軟件ANSYS和ABAQUS中包含了SMA的本構模型，采用基于Auricchio的多線性簡化模型，能簡單仿真基本的超彈性性能，但無法模擬預應變以及復雜且精確的本構模型，于是許多學者對SMA的數值模型進行開發，如基于有限應變的Jaber三維SMA本構模型、Lagoudas的統一本構模型等等。本貼先介紹了SMA的形狀記憶效益和超彈性的相變與力學過程，然后采用分別采用ANSYS自帶本構、ABAQUS自帶本構、Jaber三維SMA本構模型的UMAT、Lagoudas統一本構模型的UMAT進行對比分析，最后針對不同仿真需求給出相應的SMA本構推薦。
SMA是一類智能合金，具有多種特殊的性能。SMA有兩種主要的相：一種是低溫和高應力下穩定的馬氏體相，另一種是在高溫、低應力下穩定的奧氏體相。奧氏體相是SMA的母相，一般具有立方晶體結構。馬氏體具有較低的有序晶體結構按照晶向的不同存在兩種形式：孿晶馬氏體和非孿晶馬氏體。圖1-1為Ni-Ti SMA不同相的晶體結構示意圖，圖中的紅點表示Ni原子，白點表示Ti原子。SMA的主要特征是馬氏體與奧氏體之間的可逆相變，稱為馬氏體相變，這是由于剪切位移而改變晶體結構的切變型相變。這種相變可以由溫度誘導，稱為形狀記憶效應。
展開 基于ABAQUS的混凝土損傷本構模型與LSDYNA的JHC本構模型分析與研究
圖1混凝土材料本構參數設置
分析：在損傷系數的定義中，應特別注意以下幾點，
1.ABAQUS的混凝土損傷本構模型采用的是非關聯的流動法則，其中系數Dilation Angle，即膨脹角控制著塑性勢函數開口的大小。膨脹角越小，材料越容易破壞，那么相應的結構計算機構就偏向安全，但膨脹角越小就越不容易收斂。因此，膨脹角的取值應當適中，本案例中混凝土本構參數中的膨脹角取值一般在30~35之間，取30。
2.Eccentricity（塑性勢偏移量）決定了塑性勢函數趨近其漸近線的速率。該參數的引入主要是為了保證塑性勢函數的連續、光滑及塑性勢函數在頂點處的可導性。本案例取值0.1。
3.Viscosity Parameter（黏度系數）是為了使材料模型在軟化階段更容易收斂，仍然保持0.1。
3.2基于ANSYS/LSDYNA的混凝土JHC損傷本構模型
對于混凝土材料的本構模型眾多學者進行了深入分析研究以期望獲得一個更加準確描述混凝土材料在壓縮拉伸等力學變化過程中的斷裂行為。除去上述本構損傷模型以外，還有一種專門用來描述混凝土材料的本構模型JHC本構模型。然而，Abaqus自帶的材料模型中并沒有JHC本構，其提供了內置的子程序以供調用。為方便分析進行，本文借助LSDYAN平臺對該本構模型各參數含義進行分析以了解此種本構模型的優勢之處，LSDYNA中對該JHC本構參數的定義界面如圖2所示。JHC本構模型是LSDYNA軟件材料庫中常用于模擬脆性材料的方程之一，尤其是方程中對材料的逐漸累積損傷的計算使得其能夠準確模擬脆性材料的大變形、高應變率效應問題。JHC本構包括應力應變模型、損傷失效模型、靜水壓力模型以及多項式狀態方程[1-2]。
展開 結構分析的常用本構關系（本構模型）
微信 leslie_wj
01 本構關系的定義
本構關系屬于材料的屬性，其實就是材料的應力應變關系，也就是內力和變形的關系。
02 線彈性本構：彈性，并且應力和應變線性相關。
03 非線性彈性本構：彈性，應力和應變非線性相關。
04 理想彈塑性本構：彈性階段應力和應變線性相關，塑性階段應力保持不變。
05 線性強化彈塑性本構：彈性階段應力和應變線性相關，塑性階段應力和應變線性相關。
06 剛塑性本構：彈性可忽略。
一個有意思的材料本構模型設計方案，拉伸變形采用von Mises屈服，壓縮側 cap屈服本構模型設計。
分享這個代碼的主要原因：一方面，它很適合做玻璃、非晶材料、壓痕問題中的壓力敏感塑性分析；另一方面，它也是學習 cap 模型、致密化硬化和隱式本構積分的一個很好的范例。論文結果表明，這一模型能夠較好復現實驗載荷—位移曲線以及壓痕致密化分布，不過需要明確指出的是，當前模型暫時還沒有考慮剪切硬化，因此更適合用于理解“壓痕致密化”這一核心機制，而不是直接覆蓋所有復雜失效問題。作為一份用于科研復現和二次開發的代碼，我覺得它很有參考價值。
約束混凝土cdp塑性損傷本構，mander混凝土本構模型 ￥10
約束混凝土本構，mander混凝土本構，自己做的箍筋約束方柱和圓柱本構模型，表格只要輸入相關參數，自動生成ABAQUS塑性損傷本構關系。
ABAQUS umat 非線性等向硬化本構模型（Voce 硬化模型） ￥129
<p class="ql-align-justify">本資源包含一份 PDF 文檔和可直接編譯運行的 Fortran UMAT 代碼，具體內容為：</p><p class="ql-align-justify">非線性等向硬化本構模型（Voce硬化模型） + 隱式積分 + 徑向返回</p><p class="ql-align-justify">完整公式推導 + Fortran 源碼直接編譯</p><p class="ql-align-justify">完整的算法一致切線模量推導與實現</p><p class="ql-align-justify">PDF 包含規范化的本構方程、隱式積分、徑向返回與一致切線模量推導，可供初學者學習。配套 UMAT 代碼可直接在 ABAQUS 編譯運行，采用全隱式積分搭配一致切線模量，收斂速度極快、計算精度極高，適合初學者快速入門。</p><p class="ql-align-justify">下圖展示了部分PDF內容，及umat計算結果與abaqus內置模型對比，可以發現umat收斂速度極快，與abaqus內置模型幾乎一致。
展開 YLD2004本構模型 ￥199
其主要應用場景包括以下幾個方面：
車身設計：YLD2004模型可用于描述汽車車身零部件的各向異性塑性行為，進行強度、剛度和疲勞壽命等方面的分析和設計。
金屬成形加工：YLD2004模型可用于描述金屬材料的塑性變形行為，進行成形加工過程的模擬和優化。
建筑結構設計：YLD2004模型可用于描述鋼結構的各向異性塑性行為，進行結構的強度、穩定性和疲勞壽命等方面的分析和設計。
航空航天領域：YLD2004模型可用于描述航空航天結構材料的各向異性塑性行為，進行結構的強度、穩定性和疲勞壽命等方面的分析和設計。
其他領域：YLD2004模型還可用于其他領域的金屬材料塑性分析和設計，例如機械制造、電子設備等領域。
YLD2004模型模型包含18個材料參數用于確定屈服面，以及其他參數去頂硬化和加卸載等：
這些參數需要通過試驗或數值模擬獲得。其中，確定屈服面參數需要進行單軸拉伸、單軸壓縮、剪切等試驗；確定硬化規則參數需要進行多次加載和卸載試驗以測定材料的塑性硬化行為；確定加載面參數需要進行不同方向的應力應變試驗。
而更精確的模擬往往以更高的數值計算為代價，通過原始模型結合線搜索可以實現更快的數值收斂
以YLD2004為本構模型進行單向拉伸加載模擬，結果取下：
展開 ABAQUS umat 非線性混合硬化本構模型（Chaboche 硬化模型 ） ￥239
<p>本資源包含一份 PDF 文檔和可直接編譯運行的 Fortran UMAT 代碼，具體內容為：</p><p>Chaboche硬化本構模型 + 隱式積分 + 徑向返回</p><p>完整公式推導 + Fortran 源碼直接編譯</p><p>任意個數背應力分量 + 解析一致切線模量</p><p>PDF 包含規范化的本構方程、隱式積分、徑向返回與一致切線模量推導，可供初學者學習。配套 UMAT 代碼可直接在 ABAQUS 編譯運行，采用全隱式積分搭配一致切線模量，收斂速度極快、計算精度極高，適合初學者快速入門。</p><p>下圖展示了部分PDF內容，及umat計算結果與abaqus內置模型對比，可以發現umat收斂速度極快，與abaqus內置模型幾乎一致。
展開 Johnson-Cook本構模型【轉載】
1.J-C本構的主體由三部分構成，分別表征了材料的應變硬化、應變速率強化以及熱軟化。
2.模型全方位考慮了流變應力與應變、應變速率以及溫度之間的關系，能夠滿足各種條件下的仿真材料需求。
3.需要指出的是JC本構，采用簡單的乘積形式將三項聯立，說明模型只是單獨考慮了應變、應變速率和溫度的影響，而并未考慮各因素之間的耦合影響，所以在一些特殊情況下模型的精度可能會存在一些問題。
閱讀原文
Chaboche各向同性非線性隨動硬化行為的材料本構模型計算matlab程序 ￥475
Chanboche模型是一種用于描述材料各向同性非線性隨動硬化行為的材料本構模型。該模型由Chanboche在1981年提出，其基本形式包括各向同性部分和隨動硬化本構部分。
具體而言，Chanboche模型各向同性本構部分可以用以下方程表示：
dR(p)=b(Q-R)dp
非線性隨動硬化模型可以用以下方程表示：
dx=(2/3)cdεp-rxdp
本程序已經在上一個帖子基礎上進一步完善，實現可直接輸入試驗拉伸循環曲線，計算本構參數，黑色線為計算結果，紅色為試驗循環拉伸應力應變曲線。
展開 frp本構模型的選擇
FRP在達到其抗拉強度前可視為一種理想的線彈性材料，Jin-Won Nam等人利用LS-DYNA中四種不同的FRP布有限元模型（加固混凝土結構）進行對比發現，正交異性的線彈性模型更適合運用在其對混凝土結構模擬上。
Nam J W, Kim H J, Kim S B, et al. Analytical study of finite elementmodels for FRP retrofitted concrete structure under blast loads[J].International Journal of Damage Mechanics, 2009, 18(5): 461-490.
International Journal of Damage Mechanics-2009-Nam-461-90.pdf
展開 
ABAQUS橡膠本構模型
Abaqus 軟件具有非常強大橡膠本構模型的定義功能，不僅提供了很多現有的本構模型，還可以進行模型本構的自定義，并且具有橡膠材料評估的功能，從而保證了橡膠結構件的模擬精度。本文對幾種定義方式進行介紹：
1. ABAQUS中提供的超彈性材料的本構模型
Mooney-Rivilin模型
Neo-Hookean模型
Yeoh模型
Ogden模型
Arruda-Boyce模型
Van der Waals模型
ABAQUS提供的這幾種橡膠超彈性材料本構模型可以準確的擬合材料應力-應變關系的變化。用戶可以根據問題的具體要求，選擇相應的本構模型來模擬材料的力學性質，力圖用參數少，數學上處理簡單的模型來得到相對精確的行為描述。
2. 用戶自定義
ABAQUS支持用戶自定義材料本構模型，*UMAT提供自定義材料本構模型的模版，方便用戶自定義材料
當ABAQUS沒有提供我們需要的材料模型時，用戶可以使用ABAQUS的UMAT自定義材料本構。
*UMAT子程序具有強大的功能，使用UMAT可以定義材料的本構關系，使用ABAQUS材料庫中沒有包含的材料進行計算，擴充程序功能；UMAT幾乎可以用于力學行為分析的任何分析過程，幾乎可以把用戶材料屬性賦予ABAQUS中的任何單元。
3. 評估材料
當模擬超彈性材料時，你可能已經獲得了ABAQUS定義超彈性材料的某個本構所需的參數；然而，更多的情況是為你提供了必要模擬的材料的試驗數據。幸運的是，ABAQUS可以直接地接受試驗數據，并通過擬合試驗數據，確定所選本構模型中的系數，并對模型的穩定性進行檢驗，確定穩定收斂區間。這些過程在程序中可自動完成。
展開 運用ABAQUS軟件對冰材料彈塑性本構模型改進及驗證（附源文件） ￥1300
<p class="ql-align-justify"><strong>內容：</strong></p><p class="ql-align-justify">基于參考文獻通過ABAQUS建立了冰材料彈塑性本構模型；對比已有試驗，對比裂紋演化現象和沖擊載荷曲線，驗證了冰材料本構模型的有效性。</p><p class="ql-align-justify"><img src="https://img.jishulink.com/202507/attachment/7b0d26ab81f645dc98e8b15335447247.png" width="1027"></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p class="ql-align-justify"><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/202510/attachment/7cbe0c886d1d4de59fdee40d233200d8.png" style="" width="616" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202510/attachment/7cbe0c886d1d4de59fdee40d233200d8.png?
展開 方鋼管混凝土本構模型 ￥15
方鋼管混凝土本構模型，方鋼管約束混凝土本構模型，mander混凝土本構模型，自己做的方鋼管混凝土本構模型，表格只要輸入相關參數，自動生成混凝土塑性損傷本構關系，塑性損傷本構模型。B站有鋼管混凝土軸壓驗證操作詳細視頻：https://www.bilibili.com/video/BV19R4y147gb?spm_id_from=333.337.search-card.all.click
Abaqus橡膠本構模型選擇
圖
6
試驗數據本構模型識別
圖
7
選擇可能的本構模型
其中，圖7中Test setup項可以默認；后面一個是可能相關的本構模型，可以根據數據大體判斷勾選。然后點擊OK開始根據數據進行本構模型識別。
4、在計算完成之后，會出現兩種結果，如圖8~圖10所示。
圖
8
根據數據擬合的曲線
圖
9
不同本構模型的識別結果
1
圖
10
不同本構模型的識別結果
2
由圖8可知試驗數據與不同本構模型的曲線相似度，圖9和圖10可直接判斷哪個本構模型更合適，如圖9的unstable可能不如圖10的stable本構模型合適。
然后再回到圖4中，在strain energy potential中下拉選擇比較合適的本構模型即可。
三、其他說明
需要補充幾點說明：
1、當材料行為是不可壓縮（泊松比=0.5）或非常接近于不可壓縮（泊松比＞0.475）時，則不能用常規單元來模擬（平面應力情況除外），因為此時單元中的壓應力是不確定的；
2、如圖11所示，考慮均勻靜水壓力作用下的一個單元，材料若不可壓縮，則其體積在均勻壓力作用下并不改變，單元內部的變形是非確定量，壓應力無法由單元內部積分點處的應變得到，或者無法從節點位移得到節點力；
圖
11
承受靜水壓力下的單元
3、對于具有不可壓縮材料性質的任何單元，一個純位移的數學公式是不確定的。Abaqus中采用雜交單元來處理，雜交單元包含一個可直接確定單元壓應力的附加自由度。
展開 