abaqus彈性損傷模型
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-02-27
abaqus彈性損傷模型的視頻教程
ABAQUS混凝土塑性損傷模型（CDP模型）計(jì)算方法
ABAQUS混凝土塑性損傷模型（CDP模型）計(jì)算方法分別用02版規(guī)范和10規(guī)范計(jì)算了混凝土受壓及受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線，并做了對(duì)比，同時(shí)建立了鋼筋混凝土柱進(jìn)行了驗(yàn)證。
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Abaqus中混凝土損傷塑性模型（CDP）4種混凝土本構(gòu)，3種損傷因子計(jì)算方法
Abaqus中混凝土損傷塑性模型（CDP） 一、4種混凝土本構(gòu)計(jì)算方法 ①10規(guī)范 ②02規(guī)范（過(guò)鎮(zhèn)海模型）? ③丁發(fā)興模型 ④ConcreteD模型 二、3種損傷因子計(jì)算方法 ①圖解法? ②能量法? ③規(guī)范法 三、真實(shí)應(yīng)力、真實(shí)應(yīng)變與名義應(yīng)力、名義應(yīng)變的轉(zhuǎn)換 四、鋼筋雙折線模型 五、Mander模型計(jì)算（改良計(jì)算方法 六、本構(gòu)及損傷因子的選取與截?cái)?附件包含：
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Abaqus材料模型-形狀記憶合金彈性本構(gòu)
一、視頻內(nèi)容介紹 二、形狀記憶合金彈性本構(gòu)理論 三、ABAQUS中形狀記憶合金彈性本構(gòu)參數(shù)標(biāo)定方法 四、形狀記憶合金仿真案例
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abaqus彈性損傷模型的實(shí)例教程
但是ABAQUS塑性損傷模型除了能模擬單調(diào)加載的混凝土行為外，更重要的功能就是模擬循環(huán)、動(dòng)態(tài)荷載下的混凝土反應(yīng)，在結(jié)構(gòu)的抗震性能分析能起到很好的作用。
在動(dòng)荷載作用下，混凝土在受力過(guò)程中拉伸和壓縮都會(huì)產(chǎn)生損傷造成的裂縫開(kāi)展，從而導(dǎo)致材料剛度退化。CDP 模型就假定混凝土材料主要因?yàn)槔扉_(kāi)裂和壓縮破碎而破壞，拉伸和壓縮采用不同的損傷因子來(lái)描述這種剛度退化，詳見(jiàn)圖 1、圖 2。
圖中E0是材料初始未受損的彈性剛度。損傷變量dc和dt分別為壓縮和拉伸條件下的損傷因子，表示彈性剛度的退化。損傷后的彈性模量為（1-dc）E0，或（1-dt）E0。損傷因子dc或dt=0時(shí)表示沒(méi)有損傷，dc或dt=1時(shí)表示材料失去強(qiáng)度。
那么混凝土的塑性損傷本構(gòu)模型中的損傷因子到底對(duì)混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線有什么影響呢？讓我們采用100mm*100mm*300mm的混凝土棱柱體模型來(lái)做個(gè)測(cè)試看一下。
依然采用C110級(jí)混凝土的本構(gòu)關(guān)系，混凝土的屈服應(yīng)力和非彈性應(yīng)變表格如下。子選項(xiàng)中損傷參數(shù)和非彈性應(yīng)變關(guān)系的表格也在圖中給出。
但是注意上圖中紅色框部分默認(rèn)是不填的，即下圖中的混凝土壓縮損傷——拉伸恢復(fù)因子wt，混凝土拉伸損傷——壓縮復(fù)原因子wc，默認(rèn)是不填的。
因?yàn)镃DP模型假定混凝土從拉伸到壓縮時(shí)裂縫會(huì)閉合，剛度會(huì)恢復(fù)；從壓縮到拉伸時(shí)裂縫仍然存在，剛度不會(huì)恢復(fù)。因此在ABAQUS中不填的話默認(rèn)wt(拉伸剛度恢復(fù)因子)=0，wc(壓縮剛性恢復(fù)因子)=1.
下圖為損傷因子和剛度恢復(fù)因子在混凝土載荷循環(huán)中對(duì)混凝土本構(gòu)模型的影響。
展開(kāi) 本模型為基于CDP的FRP約束混凝土ABAQUS有限元模型
1. 在部件的建立上，使用殼體模擬FRP，實(shí)體模擬混凝土
2. 在材料屬性上，混凝土采用CDP模型，基于混規(guī)。FRP材料的單層板模型，并且采用常規(guī)殼方式進(jìn)行鋪層，自定義了“離散”坐標(biāo)系。
3. 在分析部上，打開(kāi)幾何非線性，輸出參考點(diǎn)RP-1的力和位移。
4. 在相互作用上，將加載力的平面耦合到參考點(diǎn)RP-1上，并將FRP與混凝土進(jìn)行綁定
5. 在荷載上，對(duì)混凝土底端進(jìn)行完全固定，限制上表面除了U3方向其他方向的位移。給予U3方向一定位移，采用位移加載。
6. 在網(wǎng)格部分，混凝土采用C3D8R，F(xiàn)RP采用S4R。
得到模型后，可以根據(jù)FRP層數(shù)、材料屬性進(jìn)行修改，根據(jù)混凝土實(shí)際強(qiáng)度進(jìn)行修改，輸出應(yīng)力應(yīng)變曲線或者其他需要的部分即可
以下為模型的CAE文件：
展開(kāi) Abaqus中韌性金屬失效分析需要定義c點(diǎn)的損傷初始化準(zhǔn)則，以及cd段的損傷演化（損傷后材料剛度退化路徑）。材料軟化后可持續(xù)承載，直到達(dá)到d點(diǎn)，材料失效，失去承載能力。
圖1-韌性金屬的全載荷區(qū)間應(yīng)力-應(yīng)變曲線
圖2-韌性金屬的損傷準(zhǔn)則
ABAQUS為韌性金屬提供不同的損傷初始化準(zhǔn)則，大致分為兩種類(lèi)型：
金屬裂紋的損傷初始化準(zhǔn)則，包括韌性準(zhǔn)則（ductile damage、Johnson-Cook damage）和剪切準(zhǔn)則（shear damage）。也就是圖2中紅框內(nèi)的三個(gè)準(zhǔn)則，它們都屬于金屬承載后產(chǎn)生裂紋的準(zhǔn)則。
金屬板的徑縮不穩(wěn)定損傷初始化準(zhǔn)則，包括幾種成形極限圖，用于評(píng)估鈑金件的可成形性。也就是紅框外的幾個(gè)準(zhǔn)則，不在本文討論范圍。
圖3-漸進(jìn)損傷失效分類(lèi)【摘自Abaqus材料本構(gòu)模型導(dǎo)圖，完整版鏈接】
····································常見(jiàn)問(wèn)題解答····································
······Q1: 韌性準(zhǔn)則和剪切準(zhǔn)則有何不同？
······A1: 韌性金屬開(kāi)裂有兩種主要機(jī)理，基于唯象觀察，仿真模擬這兩種機(jī)理時(shí)用到不同的損傷起始準(zhǔn)則（hooputra2004）：
機(jī)理1，由于內(nèi)部（微裂紋）的成核、生長(zhǎng)和孔隙的聚集產(chǎn)生的韌性斷裂，這種情況下ductile damage、Johnson-Cook damage兩種韌性準(zhǔn)則是適用的，常見(jiàn)于拉伸工況。
圖4-機(jī)理1韌性斷裂
機(jī)理2，由于剪力帶局部化產(chǎn)生的剪切斷裂，這時(shí)shear damage比較適合，常見(jiàn)于剪切工況。
展開(kāi) 本文利用ABAQUS UMAT子程序，簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)了混凝土受拉狀態(tài)下的破壞。本構(gòu)模型的實(shí)現(xiàn)算法摘抄自DeBorst的書(shū)籍《Nonlinear Finite Element Analysis of Solids and Structures》，基本如下：
為了簡(jiǎn)化模型，筆者將書(shū)中損傷部分做了簡(jiǎn)化，不再采用損傷屈服面進(jìn)行判定。損傷影子w的計(jì)算直接由塑性等效應(yīng)變確定。
在ABAQUS中建立100*100*100的立方體塊，試件的底部固定，頂部反復(fù)加載-卸載，通過(guò)UMAT得到的模擬結(jié)果如下：
展開(kāi) 混凝土塑性損傷模型在工程上應(yīng)用較為廣泛，同類(lèi)型的本構(gòu)模型多內(nèi)置于各類(lèi)仿真軟件中，供用戶(hù)模擬混凝土結(jié)構(gòu)的破壞和受力情況。本文根據(jù)Peter Grassl 和 Milan Jira′sek 2006年的文章《Damage-plastic model for concrete failure》進(jìn)行本構(gòu)模型代碼復(fù)現(xiàn)，并對(duì)文中的模型進(jìn)行了一些簡(jiǎn)化。
UMAT代碼和INPUT文件見(jiàn)付費(fèi)內(nèi)容
abaqus彈性損傷模型的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
abaqus彈性損傷模型的最新內(nèi)容
上篇文章介紹了ABAQUS通過(guò)CT或切片數(shù)據(jù)重建混凝土多組分三維細(xì)觀模型。本案例介紹采用CDP材料對(duì)三維重建的混凝土細(xì)觀模型進(jìn)行損傷斷裂數(shù)值模擬有限元分析。
ABAQUS模型重建完成后，在屬性里建立骨料、砂漿、ITZ材料參數(shù)，并替換截面內(nèi)原有的空材料，這里砂漿及ITZ可使用EasyCDP插件直接生成混凝土損傷塑性材料，由于不考慮骨料的損傷破壞，因此不必設(shè)置骨料的損傷參數(shù)
1.ABAQUS三維hill48彈塑性模型VUmat子程序
2.彈性階段為正交各項(xiàng)異性材料
3.hill48和正交各項(xiàng)異性材料參數(shù)參考ABAQUS靜力模塊自帶的模型參數(shù)
4.發(fā)貨方式為百度網(wǎng)盤(pán)鏈接，包含子程序及上面跑的兩個(gè)模型相關(guān)文件，包含Cae，inp文件，odb文件等
5.ABAQUS版本為2024，低版本可以利用導(dǎo)入inp
<p class="ql-align-justify">本內(nèi)容基于韓林海的約束混凝土模型所制作的Excel，可用于將其輸入直接到ABAQUS中，用于建立鋼管約束混凝土型，具體如下：</p><p class="ql-align-justify">模型介紹：</p><p class="ql-align-justify">本模型基于<span style="color: rgb(25, 27, 31);"
本文參考了十篇左右文章，基于Abaqus/Explicit，建立了復(fù)合材料漸進(jìn)損傷本構(gòu)模型并編寫(xiě)了VUMAT子程序，包括彈性階段、基于應(yīng)力的三維HASHIN初始損傷準(zhǔn)則、線性損傷演化。計(jì)算流程如下圖所示。
圖1 整體計(jì)算流程
材料模型
1.1 彈性階段
其中， (i,j=1,2,3)為應(yīng)力分量， (i,j=1,2,3) 為應(yīng)變分量，Eii (i=1,2,3) 為拉伸模量
傳統(tǒng)損傷模型對(duì)于單元的尺寸十分敏感，不同單元尺寸會(huì)導(dǎo)致有限元模型精度出現(xiàn)明顯偏差。針對(duì)該問(wèn)題，梯度損傷（Gradient-damage）模型的概念被提了出來(lái)。
本文詳細(xì)介紹了如何將梯度損傷模型應(yīng)用于4節(jié)點(diǎn)平面單元，并在有限元模型中進(jìn)行模擬。
ABAQUS提供了UEL（user defined element）給使用者進(jìn)行開(kāi)發(fā)。筆者利用UEL開(kāi)發(fā)4節(jié)點(diǎn)平面單元，其邊界條件如下圖所示。其中，節(jié)點(diǎn)
本模型為基于CDP的FRP約束混凝土ABAQUS有限元模型
1. 在部件的建立上，使用殼體模擬FRP，實(shí)體模擬混凝土
2. 在材料屬性上，混凝土采用CDP模型，基于混規(guī)。FRP材料的單層板模型，并且采用常規(guī)殼方式進(jìn)行鋪層，自定義了“離散”坐標(biāo)系。
3. 在分析部上，打開(kāi)幾何非線性，輸出參考點(diǎn)RP-1的力和位移。
4. 在相互作用上，將加載力的平面耦合到參考點(diǎn)RP-1上，并將FRP與混凝土進(jìn)行綁定
混凝土塑性損傷模型在工程上應(yīng)用較為廣泛，同類(lèi)型的本構(gòu)模型多內(nèi)置于各類(lèi)仿真軟件中，供用戶(hù)模擬混凝土結(jié)構(gòu)的破壞和受力情況。本文根據(jù)Peter Grassl 和 Milan Jira′sek 2006年的文章《Damage-plastic model for concrete failure》進(jìn)行本構(gòu)模型代碼復(fù)現(xiàn)，并對(duì)文中的模型進(jìn)行了一些簡(jiǎn)化。
UMAT
本文利用ABAQUS UMAT子程序，簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)了混凝土受拉狀態(tài)下的破壞。本構(gòu)模型的實(shí)現(xiàn)算法摘抄自DeBorst的書(shū)籍《Nonlinear Finite Element Analysis of Solids and Structures》，基本如下：
為了簡(jiǎn)化模型，筆者將書(shū)中損傷部分做了簡(jiǎn)化，不再采用損傷屈服面進(jìn)行判定。損傷影子w的計(jì)算直接由塑性等效應(yīng)變確定
在運(yùn)用JC本構(gòu)模型的時(shí)候，不知如何控制損傷開(kāi)始的位置，在學(xué)習(xí)總結(jié)之后分享出來(lái)，希望和大家一起進(jìn)步。
JC本構(gòu)模型包括塑性硬化段和損傷演化段
1 JC本構(gòu)——塑性硬化段
方程：
式中：A，B，n，m 是控制塑性段硬化的材料參數(shù)，等號(hào)右側(cè)第二個(gè)括號(hào)與第三個(gè)括號(hào)分別是應(yīng)變率和溫度對(duì)于塑性硬化段的影響。
關(guān)于第二個(gè)括號(hào)：
\dot{\varepsilon}_{\mathbf{0}}：參考應(yīng)變率
陶瓷是一種典型的脆性材料，可采用Wilkins、Rajendran-Grove、Johnson-Holmquist（JH）和Deshpande-Evans本構(gòu)模型描述其在高應(yīng)變率加載下的響應(yīng)情況，其中JH模型是目前數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的陶瓷本構(gòu)模型，如圖1所示。JH-1本構(gòu)模型是Johnson和Holmquist于1992年提出的第一個(gè)脆性材料的本構(gòu)模型，采用分段函數(shù)的方式描述了脆性材料壓力和強(qiáng)度的關(guān)系
