abaqus損傷控制的案例
abaqus 中的 Johnson-Cook 模型如何控制損傷起始位置？
在運用JC本構模型的時候，不知如何控制損傷開始的位置，在學習總結之后分享出來，希望和大家一起進步。
JC本構模型包括塑性硬化段和損傷演化段
1 JC本構——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，等號右側第二個括號與第三個括號分別是應變率和溫度對于塑性硬化段的影響。
關于第二個括號：
\dot{\varepsilon}_{\mathbf{0}}：參考應變率，這個值越小塑性段的應力增加的就越快，這個是自己設置的。
{\dot{\varepsilon}}^{pl}：等效塑性應變率，是abaqus自己計算的。
關于第三個括號：
\hat{\theta} 是無量綱的溫度，由下面的公式確定：
\theta_{\mathrm{melt}} 和 \theta_{\mathrm{transition}} 分別是材料的融化溫度和參考溫度（ transition temperature ，直譯轉變溫度）。把現在的溫度帶入到上述的函數中計算得到無量綱溫度 \hat{\theta} ，當現在的溫度小于參考溫度的時候，公式1 中等號左邊的第三個括號變為1 ，意味著不考慮溫度對于塑性硬化段的影響。
展開 韌性結構概念之損傷控制結構
但是很多研究發現，如果部分自復位結構設計合理，我們依然認為它是損傷控制結構的一種，甚至在某些情況下，尤其是在平衡復位和耗能元素的博弈下，部分自復位的損傷控制結構可能是更優解，可能更具有工程應用價值。那么今天我們的主角就是部分自復位的一種，也是我們上述損傷控制結構分類的第6種。
二、基于不同屈點服鋼的損傷控制結構
一種典型的基于不同屈服點鋼的損傷控制結構布置如下，一般而言此類結構有明顯的兩部分組成，學術圈稱之為：主次結構，顯然，主結構是我們需要保護的部分在中小震下（有時候包括大震）需要彈性設計，非線性滯回耗能由次要結構的耗能元件承擔。為方便起見，這樣圖1示的結構的中間的鋼框架部分我們以下稱之為主結構，配置兩側的帶有耗能元件的結構我們稱之為次結構或者耗能跨。
圖1 損傷控制結構（部分自復位）
這種損傷控制結構的設計理念可以概述如下：在目標地震等級下，主結構維持彈性，耗能跨用于消散輸入結構的地震能量，從而可以達到抗/減震的效果。因此震后的損傷主要集中于耗能跨，通過細部構造裝配設計保證結構震后耗能跨修復較易展開，結構可以震后經過快速低難度修復進而達到地震前的狀態。為了更夠實現上述設計理念的一個關鍵因素是：拉開主次結構的進入屈服的間隙。為了達到這個目的，一般而言，耗能跨我們常用較低屈服的鋼材等級，而主結構則采用較高屈服等級的鋼材。根據上述的設計理念，我們很簡單把這樣的主次結構用兩根彈簧并聯可以獲得其非線性行為（無損彈性彈簧+有損彈塑性彈簧）。
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ABAQUS后處理之提取損傷面積（ABAQUS+Photoshop聯合使用）
為了定量描述損傷程度，提取載荷造成的損傷面積變得尤為重要，下面介紹損傷面積的提取方法。
1. 去除單元網格，以及邊緣
2. 突出顯示損傷區域，建立損傷與未損區域色差
3. 導出圖片
ABAQUS混凝土損傷塑性模型損傷因子對本構關系影響 附c40~c45混凝土損傷因子ABAQUS輸入
但是ABAQUS塑性損傷模型除了能模擬單調加載的混凝土行為外，更重要的功能就是模擬循環、動態荷載下的混凝土反應，在結構的抗震性能分析能起到很好的作用。
在動荷載作用下，混凝土在受力過程中拉伸和壓縮都會產生損傷造成的裂縫開展，從而導致材料剛度退化。CDP 模型就假定混凝土材料主要因為拉伸開裂和壓縮破碎而破壞，拉伸和壓縮采用不同的損傷因子來描述這種剛度退化，詳見圖 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時表示沒有損傷，dc或dt=1時表示材料失去強度。
那么混凝土的塑性損傷本構模型中的損傷因子到底對混凝土的應力-應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做個測試看一下。
依然采用C110級混凝土的本構關系，混凝土的屈服應力和非彈性應變表格如下。子選項中損傷參數和非彈性應變關系的表格也在圖中給出。
但是注意上圖中紅色框部分默認是不填的，即下圖中的混凝土壓縮損傷——拉伸恢復因子wt，混凝土拉伸損傷——壓縮復原因子wc，默認是不填的。
因為CDP模型假定混凝土從拉伸到壓縮時裂縫會閉合，剛度會恢復；從壓縮到拉伸時裂縫仍然存在，剛度不會恢復。因此在ABAQUS中不填的話默認wt(拉伸剛度恢復因子)=0，wc(壓縮剛性恢復因子)=1.
下圖為損傷因子和剛度恢復因子在混凝土載荷循環中對混凝土本構模型的影響。
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ABAQUS UMAT - 混凝土塑性損傷模型的實現 ￥1500
混凝土塑性損傷模型在工程上應用較為廣泛，同類型的本構模型多內置于各類仿真軟件中，供用戶模擬混凝土結構的破壞和受力情況。本文根據Peter Grassl 和 Milan Jira′sek 2006年的文章《Damage-plastic model for concrete failure》進行本構模型代碼復現，并對文中的模型進行了一些簡化。
UMAT代碼和INPUT文件見付費內容
Abaqus幫助文檔中，鋁合金三點彎曲的案例（延性損傷+剪切損傷）
threepointbending_alextrusion.rar
文檔.pdf
【螺栓斷裂】Abaqus韌性損傷與剪切損傷準則---{ 問題答疑 +工程案例 + 模型文件 } ￥99.9
Abaqus中韌性金屬失效分析需要定義c點的損傷初始化準則，以及cd段的損傷演化（損傷后材料剛度退化路徑）。材料軟化后可持續承載，直到達到d點，材料失效，失去承載能力。
圖1-韌性金屬的全載荷區間應力-應變曲線
圖2-韌性金屬的損傷準則
ABAQUS為韌性金屬提供不同的損傷初始化準則，大致分為兩種類型：
金屬裂紋的損傷初始化準則，包括韌性準則（ductile damage、Johnson-Cook damage）和剪切準則（shear damage）。也就是圖2中紅框內的三個準則，它們都屬于金屬承載后產生裂紋的準則。
金屬板的徑縮不穩定損傷初始化準則，包括幾種成形極限圖，用于評估鈑金件的可成形性。也就是紅框外的幾個準則，不在本文討論范圍。
圖3-漸進損傷失效分類【摘自Abaqus材料本構模型導圖，完整版鏈接】
····································常見問題解答····································
······Q1: 韌性準則和剪切準則有何不同？
······A1: 韌性金屬開裂有兩種主要機理，基于唯象觀察，仿真模擬這兩種機理時用到不同的損傷起始準則（hooputra2004）：
機理1，由于內部（微裂紋）的成核、生長和孔隙的聚集產生的韌性斷裂，這種情況下ductile damage、Johnson-Cook damage兩種韌性準則是適用的，常見于拉伸工況。
圖4-機理1韌性斷裂
機理2，由于剪力帶局部化產生的剪切斷裂，這時shear damage比較適合，常見于剪切工況。
展開 ABAQUS UMAT調用后為什么損傷變量出現負值？
ABAQUS UMAT調用后為什么損傷變量和單元刪除出現負值和大于1得值？
調用子程序后，計算復合材料損傷過程，損傷變量和單元刪除出現負值和大于1得值，真誠求助。附上子程序，請老師指教
20251203.txt
ABAQUS UMAT-混凝土受拉狀態下塑性損傷模型的簡單實現 ￥600
本文利用ABAQUS UMAT子程序，簡單實現了混凝土受拉狀態下的破壞。本構模型的實現算法摘抄自DeBorst的書籍《Nonlinear Finite Element Analysis of Solids and Structures》，基本如下：
為了簡化模型，筆者將書中損傷部分做了簡化，不再采用損傷屈服面進行判定。損傷影子w的計算直接由塑性等效應變確定。
在ABAQUS中建立100*100*100的立方體塊，試件的底部固定，頂部反復加載-卸載，通過UMAT得到的模擬結果如下：
展開 ABAQUS收斂調整(3):位移控制加載還是力量控制?
初學者常常會得到這樣一條經驗建議:有些場合可以采用位移控制的方式（displacement-control）來替代力量控制(Load-control)的方式來改善收斂。
在我們的實際案例中，也確實常常會發現力量加載不收斂，換做位移控制就收斂了，為什么？哪種狀況適合采用使用位移加載代替力量加載的策略來提高收斂的順暢性呢？
請參考如下案例，此例為Abaqus自帶的典型案例分析中一個關于接觸穩定與載荷的平衡問題，10KN的張緊力作用在螺母上（對稱模型的半螺母5KN）來緊固輪轂輪邊：
Figure-1:輪轂輪邊的緊固接觸
初次求解，增量步長減小五次后仍無法求解，分析終止。
從job monitor中查看Message File或從工作目錄下打開相關job的.msg文件查看提示的Error信息，看到數值奇異的警告提示：
******************************************
***WARNING: SOLVER PROBLEM. NUMERICAL SINGULARITY WHEN PROCESSING NODE
HALFHUB-1.535 D.O.F. 1 RATIO = 115.819E+12 .
***WARNING: DISPLACEMENT INCREMENT FOR CONTACT IS TOO BIG.
***WARNING: DISPLACEMENT INCREMENT FOR CONTACT IS TOO BIG.
展開 調用ABAQUS內置JH2模型模擬沖擊損傷-ABAQUS例子
結果如下：
impactsiliconcarbide_jh2.txt
把附件的txt后綴直接改為inp文件即可運行
ABAQUS斷裂模擬收徒 ，快速學會各種ABAQUS斷裂模擬方法 **/人（將有機會享有各種插件以及程序，價值**、專門定制視頻、全程親自教學、各種模型調試及解答問題等等，傾囊相教）
金屬韌性損傷材料失效模型應用實例-Abaqus/Explicit鋼制管狀結構多工況沖擊損傷失效分析 ￥49.9
在常溫狀態下，大多數工程金屬具有較高的韌性，這種情況下，材料的失效分析通常會使用韌性損傷漸進失效模型。
如下圖所示，該模型完整的定義了材料的彈性階段、塑性階段、損傷起始與損傷演化。材料承載經歷彈塑性階段后達到損傷起始點a，繼續承載，損傷后的材料剛度折減，出現軟化，直到損傷參數D=1時，材料剛度退化為0，單元刪除。
韌性材料損傷漸進失效模型
工程案例：
鋼制管狀結構多工況沖擊損傷失效分析
上圖案例中的分析工況按閱讀順序依次是：
沖擊質量5kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度200m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度300m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度400m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚20mm;
沖擊質量25kg，速度400m/s，桶厚50mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚50mm;
付費部分為鋼制管狀結構多工況沖擊損傷失效分析案例的9種工況共計9個inp文件壓縮包+CAE 源文件壓縮包。
展開 [非線性]ABAQUS收斂調整:位移控制加載還是力量控制?
初學者常常會得到這樣一條經驗建議:有些場合可以采用位移控制的方式（displacement-control）來替代力量控制(Load-control)的方式來改善收斂。
在我們的實際案例中，也確實常常會發現力量加載不收斂，換做位移控制就收斂了，為什么？哪種狀況適合采用使用位移加載代替力量加載的策略來提高收斂的順暢性呢？
請參考如下案例，此例為Abaqus自帶的典型案例分析中一個關于接觸穩定與載荷的平衡問題，10KN的張緊力作用在螺母上（對稱模型的半螺母5KN）來緊固輪轂輪邊：
Figure-1:輪轂輪邊的緊固接觸
初次求解，增量步長減小五次后仍無法求解，分析終止。
從job monitor中查看Message File或從工作目錄下打開相關job的.msg文件查看提示的Error信息，看到數值奇異的警告提示：
******************************************
***WARNING: SOLVER PROBLEM. NUMERICAL SINGULARITY WHEN PROCESSING NODE
HALFHUB-1.535 D.O.F. 1 RATIO = 115.819E+12 .
***WARNING: DISPLACEMENT INCREMENT FOR CONTACT IS TOO BIG.
***WARNING: DISPLACEMENT INCREMENT FOR CONTACT IS TOO BIG.
展開 ABAQUS 損傷
ABAQUS 損傷
Abaqus-之延性損傷模型
在分析的每個時間步增量中，損傷變量ΔωD的增量如下計算：
這個增量被添加到前一個時間步驟的狀態變量中，當該狀態變量達到1時就會啟動損傷。如果損傷與等效應變率ε.pl無關，則可以將其值規定為0。在Abaqus中，還可以將溫度和其他場變量的影響納入到這個準則中。
損傷演化
一旦材料中發生損傷，積分點處的應力進展受到極大影響。材料因剛度的不斷降級而失效。演化定義了在滿足損傷啟動準則后材料如何降級。在失效時的等效塑性應變取決于單元維度，不能用作材料參數。定義演化的選定參數應獨立于模型中的元素尺寸。
基于有效塑性位移 - 在這個準則中，損傷是定義為在損傷啟動后塑性位移的函數。這個位移與元素尺寸無關。
基于耗散能量 - 在這種演化方法中，定義了材料破裂所需的斷裂能量。這是在損傷啟動后應力曲線下的面積。
小結
損傷是一個高度動態的過程，在模擬受到非常高應變的組件時需要考慮。在Abaqus中有許多損傷啟動和演化模型可供有限元實現。希望這篇文章對韌性損傷準則提供了一些見解，它非常適合模擬金屬的斷裂。
文章來源：ABAQUS仿真世界
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