GTN
關注創建者：320科技工作室 創建時間：2021-08-14
GTN的視頻教程
ABAQUS鋼絞線拉伸斷裂過程
講解了ABAQUS鋼絞線的拉伸斷裂全過程 部分參數隨意選取，主要講方法，具體值可根據實際實驗或論文選取，破壞參數的定義不是只此一種，拉裂方式也不止此一種，可用于作業，用于論文模型還需細化，材料方面，同學們要是有精力可以了解一下更高深一點的GTN本構模型 如果要對比擬靜力或者靜力試驗，那么課程中的質量縮放系數不應該給那么大，還應該在歷程輸出中選中IE和KE，最終結果曲線的KE/IE至少要小于10%
￥22 57分鐘 882播放
查看
Abaqus Cohesive單元的vumat子程序開發&復合材料沖擊仿真模擬教程
Failure Analysis of Particle Reinforced Aluminum Matrix Composite With a Microscopic Mechanical Model Using Modified GTN Model. Appl Compos Mater (2025).
免費 1小時19分鐘 4358播放
查看
GTN的實例教程
文章名稱《Tearing failure of ultra-thin sheet-metal involving size effect in blanking process: Analysis based on modified GTN model》
DOI：10.1016/j.ijmecsci.2017.08.028
在超薄板沖裁過程中，傳統的損傷理論正面臨挑戰。經典GTN模型認為，材料斷裂主要源于微孔的形核、長大與聚合，因此它更適合描述以拉伸三軸應力為主導的韌性斷裂。但這篇文章研究的對象是厚度僅0.084 mm的AISI 440B超薄不銹鋼板。實驗發現，這類材料在沖裁時并沒有表現出典型的“微孔充分長大后再斷裂”的特征，而是呈現出更明顯的撕裂失效與剪切主導破壞特征。也就是說，當板厚進入超薄尺度后，傳統GTN模型已經難以完整解釋實際斷裂機制。
針對這一問題，作者構建了一套可概括為CMSG-GTN的分析框架：一方面，在傳統GTN模型基礎上引入剪切損傷變量，用于表征低應力三軸度條件下的剪切主導失效；另一方面，將機制型應變梯度理論引入有限元分析，以刻畫超薄板在微尺度下顯著存在的尺寸效應。前者解決了“傳統GTN不擅長描述剪切斷裂”的問題，后者解決了“常規塑性理論忽略微尺度強化”的問題。換句話說，作者不是簡單修補GTN模型，而是把“剪切損傷”和“尺寸效應”同時納入同一框架中，用來解釋超薄板沖裁中的真實失效過程。
在實驗與仿真結果上，這篇文章給出了幾個很有價值的結論。首先，超薄板沖裁斷口可以分為彎曲區、光亮區和斷裂區，且對稱面比自由面更早發生斷裂，說明裂紋并不是均勻萌生的，而具有明顯的空間優先位置。其次，SEM觀察和數值模擬都表明，雖然斷口附近能夠看到微孔，但這些微孔尺寸較小、發展有限，并未達到主導斷裂的程度；真正推動失效的是剪切損傷的快速積累。
展開 abaqus內置的GTN模型與編寫的GTN模型以及NH修正模型，zhou修正模型的案例
abaqus內置了原始GTN模型可以通過指定材料對應的應力和塑性應變與GTN組合進行模擬，為了方便對比，這里使用自定義的硬化函數Vuhard（swift硬化模型）結合內置GTN與編寫的Vumat子程序進行對比，分別比較拉伸試樣和剪切試樣，所有參數保持相同，區別在于NH-GTN，和zhou-GTN模型包含剪切修正項
初始拉伸試樣（拉伸變形30%，材料對應為DP600鋼）
Vumat左側，Vuhard+abqus右側，對應結果如下（結果幾乎一致）
拉伸試樣斷裂時應力：
拉伸試樣應力應變曲線
修正的NH-GTN 模型模擬二維平面應變拉伸以及剪切模型效果（在VUMAT中實現）
平面應變拉伸試樣斷裂時應力：
3D剪切試樣平整端口形貌：
修正的zhou-GTN 模型模擬二維平面應變拉伸以及剪切模型效果（在VUMAT中實現）
平面應變拉伸試樣斷裂時應力：
3D剪切試樣平整端口形貌：
如果文章推薦對你有幫助，歡迎點贊轉發和打賞！！！
展開 GTN（Gurson-Tvergaard-Needleman）模型是一種常用的用于描述金屬材料損傷行為的理論模型。GTN模型最初由Gurson于1977年提出，后來由Tvergaard和Needleman進行了改進和推廣。
GTN模型基于孔隙率（porosity）理論，認為材料中存在著許多孔洞或微缺陷，這些孔洞或微缺陷是材料發生損傷的主要因素。GTN模型假設材料中的孔洞是圓形的，并假定孔洞之間不存在相互作用。
GTN模型中，通過三個參數來描述材料的損傷行為：材料的孔隙率（porosity）、材料的強度（yield strength）和材料的韌性（fracture toughness）。其中，孔隙率是材料中孔隙的占據體積比，強度是材料的
屈服強度，韌性是材料的斷裂韌性。
GTN模型通過一個體積分數函數（void volume fraction function）來描述孔隙率的變化。體積分數函數與材料中的孔隙率之間存在線性關系，可以表示為：
f = V_v / V_m
其中，f為體積分數函數，V_v為材料中的孔隙體積，V_m為材料的總體積。
GTN模型假定材料中的孔隙對應于一些虛擬的顆粒，這些顆粒與材料中的晶粒一樣具有一定的大小和形狀。通過定義一個孔洞半徑，GTN模型可以計算出材料中的孔洞數量。
GTN模型中的強度和韌性參數可以通過實驗測定來確定。一旦確定了這些參數，就可以使用GTN模型來預測材料在不同應變速率下的應力-應變曲線、斷裂韌性和孔洞形變行為等。
需要注意的是，GTN模型只適用于具有孔隙的金屬材料，而不適用于其他類型的材料。此外，GTN模型中的一些假設可能與實際情況存在一定的差異，因此在實際應用中需要進行適當的修正和調整。但使用損傷模型計算時相比較彈塑性對于網格的要求更加嚴格，即網格敏感性更高。
展開 文章doi：10.1007/s00170-021-07400-z
推薦理由：作者通過應變梯度塑性理論MSG與剪切修正GTN模型耦合研究了微成型過程中不同應力狀態下材料的損傷演化問題，并通過與代表不同應力狀態的拉伸試樣對比，驗證了新模型在高\低應力三軸度下均有良好的預測能力，同時發現引入的MSG耦合GTN很好的捕捉了實驗中通過SEM觀測的斷口特征，相比于原始剪切修正GTN，其預測能力在介觀尺寸更加準確。
具體介紹如下：
原始的GTN模型的屈服函數為：
原始的GTN模型建立與經典的Mises屈服理論之上，但摒棄了塑性變形過程中的體積不變性原理，考慮的孔洞對材料屈服的影響，當等效孔洞體積分數為1時，表示材料完好，此時材料的屈服退化為經典的Mises屈服，當等效體積分數為特定值時材料完全失效。
其中等效體積分數表示為：
fc是臨界空隙體積分數，當等效體積分數等于臨界體積分數發生空隙聚集，一般認為等效孔隙體積分數在達到臨界空隙體積分數之前對材料的性能退化影響較小，而達到后則會造成材料性能的快速退化，ff是失效空隙體積分數，當材料的等效孔洞體積分數達到該值后材料完全失效。
等效體積分數通常認為與兩部分組成，及新空隙形核以及原有孔洞的生長，其演化表示為
原始的GTN模型很好符合了多數金屬材料的失效過程，因此無論在學術研究還是在工程應用上，均有廣泛的應用，然而研究人員發現，原始的GTN模型在較低應力三軸度下，預測與實際情況相差很大，因為在以剪切為主的金屬破壞中，并沒有發現明顯的空洞生長聚集。因此為了拓展模型的預測范圍，提高模型的預測精度，一些學者嘗試在原始GTN屈服函數中引入新的參數，來反映剪切對材料性能退化的影響。
展開 Gurson-Tvergaard-Needleman ( GTN) 模型是研究金屬損傷的重要工具。GTN 模型通過孔洞體積分數的演變來判斷材料的失效， 但不適用于剪切斷裂為主的韌性斷裂。本文在GTN模型中引入剪應力的影響，編寫了相關的VUMAT子程序。
GTN模型的屈服函數可以用下式表示
其中q1，q2是模型參數，取q1=1.5，q2=1,σ0為等效應力，p為靜水應力，q為Mises等效應力；f為空洞的體積分數。
p和q可以通過徑向返回算法得到
應變控制的孔洞形核系數
GTN模型可以通過以下4個方程進行描述
Nahshon and Hutchinson考慮了剪應力對模型的影響
于是孔隙體積分數的演化可以通過下式描述
仿真計算得到的結果如下圖所示
有問題私信或者關注cae320公眾號
展開 
GTN的相關專題、標簽、搜索
GTN的最新內容
針對這一問題，作者構建了一套可概括為CMSG-GTN的分析框架：一方面，在傳統GTN模型基礎上引入剪切損傷變量，用于表征低應力三軸度條件下的剪切主導失效；另一方面，將機制型應變梯度理論引入有限元分析，以刻畫超薄板在微尺度下顯著存在的尺寸效應。前者解決了“傳統GTN不擅長描述剪切斷裂”的問題，后者解決了“常規塑性理論忽略微尺度強化”的問題。
通用的非局部GTN模型模型8個月前
參考文獻:《Numerical implementation of a non-local GTN model for explicit FE simulation of ductile damage and fracture》
GTN 一類“耦合型”損傷模型在軟化階段會產生應變/損傷高度局部化，解失去橢圓性，導致結果強依賴單元尺寸（“網格越細，帶寬越窄、耗能趨零”）——這是做延性斷裂數值預測時公認的頑疾
AFAPcfNW0oJUZPAiSZxucAgE4gxO05q03pKlEJzAlUngdxJ2ABEk4ExVlvVTCJg2Gx39Q7ENDxxrzvY6153vngBtISqMlIAI2HqmRBB7Rz/MSasD5cAzjG08CZAzsNpzAG02i9U4NzoAEfp1oRHf5tf5cgPkN7ERARtISZAkgiAeN+/YY2EzIGKsDBgAiADjOdOffcTgk99iK+rv+GTN3Yt6uBEdiGUsfh9gAP5TldFAP0
subroutine vumat(
! Read only -
. nblock, ndir, nshr, nstatev, nfieldv, nprops, lanneal,
. stepTime, totalTime, dt, cmname, coordMp, charLength,
. props, density, strainInc, relSpinInc
/f1XkeKYi3Yna20TraP74UQNYHWTG3e2MhdnvMllbH03VI2253gkbHGkk8/t8/GvT7bQBiDb5+g2n564WHEkcoIOw19Z0Mems9cI6ItxI70filJ/Vwo9h2PG9EaA3rfgcEa+PT5WpJgDX59I0sZ8/ScN+7pUSZAgmdu5INvISIne+MggVtSh9eorAP8pCWz262QSBof1Gtn5H2IqWqxBPWZE9bXgxvPrJwZbQkQFCZ1uY7zYxvpc3iZONCl02u0urOSZFVW
然而由于原始gurson模型在低應力三軸度下預測的孔洞形核和孔洞生長非常小，同時模型假設為球型孔洞，在低應力三軸度下，孔洞通常呈現非球形，因此在剪切為主的損傷問題中，GTN模型的應用存在適用性問題，Pardoen and Hutchinson針對空隙形狀發展了考慮孔洞形狀極其影響機制的擴展GTN模型，Nahshon and Hutchinson提出的考慮剪切效應的擴展GTN模型，這里主要說明第二類擴展
GTN模型損傷子程序
修正GTN模型VUMAT子程序
詳細了解+Q 1139587955
文章doi：10.1007/s00170-021-07400-z
推薦理由：作者通過應變梯度塑性理論MSG與剪切修正GTN模型耦合研究了微成型過程中不同應力狀態下材料的損傷演化問題，并通過與代表不同應力狀態的拉伸試樣對比，驗證了新模型在高\低應力三軸度下均有良好的預測能力，同時發現引入的MSG耦合GTN很好的捕捉了實驗中通過SEM觀測的斷口特征，相比于原始剪切修正GTN，其預測能力在介觀尺寸更加準確
復現一篇頂刊，用的GTN模型仿真單軸拉伸。復現結果與論文對不上，拜托大佬看一下，附上論文跟inp文件。
幾何：厚度1mm，引伸計50mm
材料：
GTN參數：
網格：按論文采用C3D8R，0.5*0.5mm最小尺寸，論文中沒有說明厚度方向的網格尺寸。
英文：micro-mechanical damage models（GTN模型））
作者文章基于連續損傷進行分析
lemaitre損傷模型公式如下（引用更加詳細的文獻《Finite element simulation of the punchless piercingprocess with Lemaitre damage model》）：
使用mises各項同性屈服+swift硬化模型
