abaqus仿真shpb
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-02-27
abaqus仿真shpb的視頻教程
零基礎-ABAQUS的霍普金森桿(SHPB)仿真
基于ABAQUS的霍普金森桿(SHPB)基礎模型的建立、網格的劃分、接觸設置、后處理等； 2. 零基礎教學，附模型文件(cae、inp格式)可自行下載。
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abaqus仿真shpb的實例教程
1、問題介紹
SHPB多脈沖加載方法一般有兩種：多次反射加載法、多級撞擊桿法。多次反射加載法，利用入射桿的反射波在端面二次反射形成加載波，實際上常規的SHPB試驗都是多次反射加載，只不過在處理數據時只截取了第一次加載的數據，其特點是相鄰加載時間間隔是固定值（入射桿桿長的兩倍與桿彈性波速的比值）；多級撞擊桿法，是基于撞擊桿或者加載結構設計，將撞擊桿設計成可實現多次撞擊的結構，撞擊間隔可調可控，多級撞擊桿一般有串聯結構、夾心結構等形式。
本案例主要介紹SHPB夾心結構的多級撞擊桿技術與仿真方法。
2、內容
2.1 基于夾心撞擊桿的多脈沖加載SHPB結構
夾心撞擊桿形式的多脈沖加載SHPB結構如下：
夾心形式的撞擊桿主要由外桿和內桿組成，內桿與外桿端面間隔d。實際試驗中，內桿是圓柱體，尺寸與外桿內徑相同（留有公差），內桿與外桿可以滑動，外桿自由端封閉，靠近撞擊端的端面裝配有端蓋。
進行實驗時，內桿、外桿以相同的初速度運動，由于間隔d的存在，外桿先撞擊入射桿，然后經過一定的時間間隔后內桿再撞擊入射桿，因此通過調節間隔d的大小可以控制多脈沖加載的時間間隔。
2.2 時間間隔計算
根據一維應力波理論，可知：
（1）加載脈寬：
第一次加載（加載波1）：
第二次加載（加載波2）：
（2）兩次沖擊時間間隔：
其中，初始撞擊速度，撞擊外桿長度，撞擊內桿長度，波速，間隔長度，為波阻抗比值。
展開 1、案例介紹
分離式霍普金森壓桿（Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB）主要用于研究材料在高應變率（1e2～1e4?s^?1）下的動態力學行為，如應力-應變關系、應變率效應、溫度效應以及失效模式等。
本案例主要介紹基于ABAQUS韌性金屬材料的SHPB常規仿真建模方法以及波形整形、等效載荷加載等仿真內容。此外還提供了一個試樣應力應變數據處理表格和數據處理的視頻，包含兩種獲得試樣應力應變的方法：直接提取試樣應力應變的直接法和基于入射桿透射桿三波曲線的間接法。
2、SHPB原理
常規霍普金森桿SHPB（仿真）結構
如圖所示，常規的SHPB仿真模型結構主要包含撞擊桿、入射桿、透射桿、試樣，有時為了進行波形整形會使用整形器（整形片）。
SHPB基本力學過程：開始撞擊桿以一定速度撞擊入射桿，在入射桿形成一個向正方向傳播的入射波（壓縮波），入射波從入射桿傳遞到試樣并對試樣進行壓縮，入射波一部分在入射桿與試樣界面反射形成反向傳播的反射波（拉伸波），另一部分通過試樣進入透射桿形成透射波（壓縮波）。
SHPB兩個基本假定：一維性應力狀態和均勻性假定。一維性要求桿件及試樣共軸，并減小橫向慣性引起的幾何彌散效應的影響。一般選擇合適的桿直徑，采用整形器可有效減小幾何彌散。均勻性要求試樣達到動態平衡，即試樣兩端相對應力差足夠小。相對應力差與阻抗比、應力波在試樣中的反射次數有關，反射次數由試樣材料波速和試樣軸向長度決定。此外，端面摩擦也會改變試樣應力、應變狀態，使試樣呈現鼓狀產生非均勻變形并且軸向壓縮應力幅值增加。
展開 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
有關于abaqus子程序開發的相關問題可以聯系扣扣1653004885或者關注cae320公眾號
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
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展開 <p>案例介紹基于ABAQUS【高溫】霍普金森桿SHPB的Johnson-Cook金屬鋁仿真，首先比較【完全熱固耦合】和【一般動態顯式分析】兩種分析類型結果異同，然后進一步分析【不同溫度下JC金屬鋁】反射波、透射波曲線特點。</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/202511/attachment/10b9d7fac12043bca001cb95b3fb9381.png" style="display: inline-block;">
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本案例主要介紹基于ABAQUS韌性金屬材料的SHPB常規仿真建模方法以及波形整形、等效載荷加載等仿真內容。此外還提供了一個試樣應力應變數據處理表格和數據處理的視頻
1、問題介紹
SHPB多脈沖加載方法一般有兩種：多次反射加載法、多級撞擊桿法。多次反射加載法，利用入射桿的反射波在端面二次反射形成加載波，實際上常規的SHPB試驗都是多次反射加載，只不過在處理數據時只截取了第一次加載的數據，其特點是相鄰加載時間間隔是固定值（入射桿桿長的兩倍與桿彈性波速的比值）；多級撞擊桿法，是基于撞擊桿或者加載結構設計，將撞擊桿設計成可實現多次撞擊的結構，撞擊間隔可調可控，多級撞擊桿一般有串聯結構
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
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。
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