abaqus 巖土 本構
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-02-27
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巖土非線性本構UMAT開發 ￥666
巖土非線性本構UMAT開發
當我們用abaqus模擬沖擊動力學問題時，經常會考慮使用Johson-Cook本構，而正確輸入材料本構的各參數，對我們的仿真結果意義重大，今天我們就來介紹下abaqus中JC本構的各參數識別問題。
Johnson-Cook塑性模型是一種具有硬化規律和速率依賴的解析形式的米塞斯塑性模型，主要適用于許多材料的高應變率變形模擬，包括大多數金屬。
通常用于絕熱瞬態動態模擬;與Abaqus/Explicit中的Johnson-Cook動態失效模型結合使用;Abaqus/Explicit中，可以結合拉伸破壞模型來模擬拉伸剝落或壓力斷口;可與漸進損傷和失效模型(漸進損傷和失效)結合使用，以指定不同的損傷起始準則和損傷演化規律，同時允許材料剛度的漸進退化和網格單元的移除;必須與線彈性材料模型(線性彈性行為)或狀態方程材料模型(狀態方程)結合使用。
下面是JC本構的一般表達式，該模型中主要確定A、B、n、C和m等參數。可以看到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、應變速率硬化（強化）以及溫度軟化，可以概括為“兩硬一軟”。
A-參考應變率和參考溫度下的初始屈服應力，B和n-材料應變硬化模量和硬化指數，C-材料應變率強化參數，m-材料熱軟化指數。
查幫助文檔可以知道各參數含義如下：
當我們不考慮應變速率和溫度影響時，該表達式就簡化為下面的表達式：
如果我們確定了參數A、B和n，那么我們在abaqus中就能輸入相應的JC參數，重點來了！
展開 我們知道一個有限元模型的準確性與模擬材料的本構模型選取之間具有不可分割的直接關系，那么就有必要對常見描述混凝土材料的本構模型進行對比分析，這也是本案例實施的意義所在。
2研究問題描述
基于上述對混凝土本構模型的思考及筆者使用聯合仿真的經驗，對基于ABAQUS的非關聯流動法則混凝土損傷模型與基于ANSYS/LSDYNA軟件的JHC本構模型進行了理論上的分析，分別通過ABAQUS軟件建立了混凝土框架模型并使用對應損傷模型、使用LSDYNA建立混凝土材料的JHC模型，最后對比觀察材料的損傷分布效果。
3混凝土損傷本構模型分析
3.1基于ABAQUS的非關聯流動法則的混凝土損傷模型
在ABAQUS中，創建混凝土材料的本構模型是通過工具箱中的create material命令進行的。模型首先定義混凝土的基本彈性屬性，主要是彈性模量、泊松比、密度。之后再定義混凝土損傷塑性塑性，主要是膨脹角、塑性勢偏移量、雙軸受壓初始屈服應力與單軸受壓初始屈服應力比值、K值、黏度系數五個參數。這些參數通過查閱《混凝土結構設計規范》均可以得到準確的參數值。最后通過定義混凝土損傷系數完成整個混凝土本構模型的建立，綜上，得出的混凝土材料的本構參數如表1所示。本文以已經建立的鋼筋混凝土框架模型為例，在ABAQUS中對其進行混凝土材料本構參數的操作如圖1所示。
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。
展開 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 但橡膠的本構關系非常復雜，在大量試驗數據的基礎上，人們建立了很多理論模型來描述其力學特征。本文主要對Abaqus中橡膠本構模型的選擇進行簡單介紹。
一、概述
與金屬材料不同，橡膠在受力以后的變形非常復雜，并伴隨著大位移和大應變。橡膠材料本身又是非線性材料，本構關系復雜，無法像金屬材料那樣僅需幾個系數便可描述材料特性。
此外，橡膠在變形過程中的體積幾乎不變，同時其力學行為對溫度、環境、應變歷史、加載速率等十分敏感，這樣就使得描述橡膠的行為更加復雜。
隨著技術的發展，現在可借助計算機使用有限元方法來分析工業中橡膠元件的力學性能，包括選取橡膠的本構模型、擬合本構模型等。
二、Abaqus中本構模型的選擇
在Abaqus中進行橡膠材料的本構模型選擇、主要包括以下幾個步驟：
1、在Module中下拉選擇property，并依次創建密度、延展性和超彈性項，如圖1~圖3所示。
圖
1
新建密度
圖
2
新建延展性
圖
3
新建超彈性項
2、接下來需要定義橡膠超彈性的參數，包括試驗應力-應變數據的導入、本構模型的識別和擬合選擇等。這里的數據導入以單軸試驗數據為例，各步操作如圖4~圖5所示。
圖
4
試驗數據導入準備
圖
5
數據導入（復制粘貼即可）
3、數據導入完成之后，就根據數據進行本構模型的識別。如圖6~圖7所示。
展開 
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abaqus混凝土本構模型11個月前
混凝土本構模型需要考慮其非線性行為，包括彈性階段、塑性變形、損傷、開裂及壓縮破碎等特性。具體模型選擇（如塑性損傷模型、彌散裂縫模型等）取決于您的分析需求（如單調加載、循環荷載、動力分析等）。
混凝土塑性損傷模型參數計算（GB50010-2010.xlsx
ABAQUS中UMAT中的循環塑性模型，包含非線性各向同性強化彈塑性、線性各向同性強化彈塑性、線性隨動強化彈塑性模型，包含CAE文件、UMAT文件等。
