ansys 彈塑性本構(gòu)
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys 彈塑性本構(gòu)的視頻教程
土體彈塑性本構(gòu)理論（臨界狀態(tài)理論，劍橋模型，狀態(tài)相關(guān)本構(gòu)，邊界面模型）
本套課程將由淺入深教大家一些土體本構(gòu)方面的理論知識(shí)。本構(gòu)就是用數(shù)學(xué)公式描述土體的復(fù)雜特性，因此掌握一些本構(gòu)相關(guān)知識(shí)對(duì)了解土體性質(zhì)，進(jìn)而開(kāi)展巖土工程問(wèn)題的研究具有重要意義。同時(shí)本課程的課件及參考資料都會(huì)在附件里贈(zèng)送給大家。
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ABAQUS VUMAT 一維彈塑性本構(gòu)VUMAT
本課程主要圍繞ABAQUS VUMAT在一維彈塑性本構(gòu)中的應(yīng)用展開(kāi)，具體內(nèi)容模塊如下： 第一部分：理論基礎(chǔ)夯實(shí) 各向同性線彈性本構(gòu)：回顧基礎(chǔ)彈性理論。 屈服準(zhǔn)則與流動(dòng)法則：理解材料何時(shí)屈服及塑性流動(dòng)方向。 應(yīng)變分解與更新：掌握彈性應(yīng)變與塑性應(yīng)變的分離處理。 徑向返回法 ：學(xué)習(xí)顯式積分中處理彈塑性問(wèn)題的核心數(shù)值算法。 牛頓迭代法：掌握求解非線性方程組的數(shù)值方法。
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Abaqus材料模型-各向同性硬化彈塑性本構(gòu)
一、Abaqus各向同性硬化彈塑性本構(gòu)——理論知識(shí)：講解各向同性硬化彈塑性本構(gòu)的理論知識(shí)。
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ansys 彈塑性本構(gòu)的實(shí)例教程
在寫(xiě)彈塑性本構(gòu)之前，我對(duì)塑性流動(dòng)是干嘛使的沒(méi)有直觀概念。寫(xiě)的時(shí)候我才明白，由于只能先算出來(lái)等效塑性應(yīng)變，沒(méi)有流動(dòng)方向的話，就無(wú)法把它轉(zhuǎn)換到各個(gè)應(yīng)變分量，不知道應(yīng)變分量就無(wú)法計(jì)算應(yīng)力。這玩意從數(shù)學(xué)上講，是一個(gè)轉(zhuǎn)換公式。
我們目前重工業(yè)上大部分的結(jié)構(gòu)材料還是金屬，盡管ABAQUS中有自帶的JC模型，但是如果要模擬更復(fù)雜的情況，學(xué)會(huì)寫(xiě)彈塑性本構(gòu)就十分必要。
本期就給一個(gè)彈塑性VUMAT拉伸失效的案例，結(jié)合單元?jiǎng)h除技術(shù)，模擬結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程。
本構(gòu)模型
采用經(jīng)典老演員JC模型描述本案例的彈塑性本構(gòu)：
為了模擬結(jié)構(gòu)破壞，采用如下準(zhǔn)則判斷單元完全失效，滿足其一即可：
（1）材料Mises應(yīng)力達(dá)到極限值；
（2）材料極限應(yīng)變達(dá)到極限值。
子程序結(jié)構(gòu)
子程序的基本結(jié)構(gòu)如下：
1.初始化準(zhǔn)備工作
程序首先進(jìn)行初始化準(zhǔn)備工作，讀入材料的彈性參數(shù)、強(qiáng)度參數(shù)、硬化參數(shù)以及應(yīng)變率相關(guān)參數(shù)，然后構(gòu)建彈性剛度矩陣，為后續(xù)計(jì)算奠定基礎(chǔ)。
2.進(jìn)入材料點(diǎn)循環(huán)
接下來(lái)進(jìn)入材料點(diǎn)循環(huán)，對(duì)每個(gè)積分點(diǎn)逐一進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于每個(gè)材料點(diǎn)，程序首先讀取上一步的狀態(tài)變量，包括累積的等效塑性應(yīng)變、應(yīng)力狀態(tài)以及背應(yīng)力等內(nèi)部變量。
3.失效判斷
程序隨后進(jìn)行失效判斷，檢查材料是否滿足失效準(zhǔn)則。判斷依據(jù)包括兩個(gè)方面：一是等效塑性應(yīng)變是否超過(guò)極限應(yīng)變閾值，二是等效應(yīng)力是否達(dá)到破壞強(qiáng)度。一旦滿足任一失效條件，程序?qū)⒉牧蠘?biāo)記為失效狀態(tài)，并大幅降低其剛度以模擬材料的承載能力喪失。
4.本構(gòu)響應(yīng)計(jì)算階段
在本構(gòu)響應(yīng)計(jì)算階段，程序考慮了應(yīng)變率效應(yīng)和材料硬化特性，更新當(dāng)前的屈服應(yīng)力。同時(shí)計(jì)算應(yīng)力偏量，得到米塞斯等效應(yīng)力和塑性流動(dòng)方向，這些是判斷材料是否屈服的關(guān)鍵參數(shù)。
5.彈塑性判別
然后進(jìn)行彈塑性判別。
展開(kāi) 彈塑性材料：固體材料在受力后產(chǎn)生變形，從變形開(kāi)始到破壞一般要經(jīng)歷彈性變形和塑性變形這兩個(gè)階段。根據(jù)材料力學(xué)性質(zhì)的不同，有的彈性階段較明顯，而塑性階段很不明顯，像鑄鐵等脆性材料，往往經(jīng)歷彈性階段后就破壞。有的則彈性階段很不明顯，從開(kāi)始變形就伴隨著塑性變形，彈塑性變形總是耦連產(chǎn)生，像混凝土材料就是這洋。而大部分固體材料都呈現(xiàn)出明顯的彈性變形階段和塑性變形階段。今后我們主要是討論這種有彈性與塑性變形階段的固體材料，并統(tǒng)稱為彈塑性材料。
鮑辛格效應(yīng)：由于預(yù)加塑性拉伸荷載而使壓縮屈服應(yīng)力降低的現(xiàn)象稱為Bauschinger效應(yīng)。正是由于這種效應(yīng)，塑性變形時(shí)一種各向異性的過(guò)程，Bauschinger效應(yīng)是一種由塑性應(yīng)變引起的特殊的方向各向異性的形式，因?yàn)樵诤罄^逆向荷載作用下，一個(gè)方向的初始塑性變形會(huì)減小其反方向的屈服一個(gè)應(yīng)力。在多軸應(yīng)力情況下，與這種現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的是具有不同方向屈服應(yīng)力之間的相互影響和橫向效應(yīng)，某一方向的預(yù)加應(yīng)變達(dá)到塑性范圍將會(huì)改變其所有方向的屈服應(yīng)力值。因此Bauschinger效應(yīng)對(duì)于多維問(wèn)題更重要，包括荷載方向有明顯改變的復(fù)雜應(yīng)力歷史，比如應(yīng)力改變符號(hào)和循環(huán)荷載的情況。
彈性變形與塑性變形的區(qū)別：卸除載荷后。變形可以完全恢復(fù)，是彈性變形的基本特征，而變形的不可恢復(fù)性是塑性變形的基本特征。彈性與塑性的基本區(qū)別不在于它們的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系是否線性。
例如，在比例極限與彈性極限之間的AB曲線段，應(yīng)力與應(yīng)變不再成比例，進(jìn)入了非線性階段，但在B點(diǎn)以前卸除載荷，變形仍將完成恢復(fù)，屬于彈性變形階段。因此，彈性和塑性的基本區(qū)別在于卸載后，是否保留一個(gè)永久變形(塑性應(yīng)變〕。
在彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變之間呈一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。
展開(kāi) <p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(15, 17, 21);">本資源包含一份 PDF 文檔和可直接編譯運(yùn)行的 Fortran UMAT 代碼，具體內(nèi)容為：</span></p><p class="ql-align-justify">理想彈塑性本構(gòu) + 隱式積分 + 徑向返回</p><p class="ql-align-justify">完整公式推導(dǎo) + Fortran 源碼直接編譯</p><p class="ql-align-justify">von Mises 屈服+ 一致切線模量全實(shí)現(xiàn)</p><p class="ql-align-justify">PDF 包含規(guī)范化的本構(gòu)方程、隱式積分、徑向返回與一致切線模量推導(dǎo)，可供初學(xué)者學(xué)習(xí)。配套 UMAT 代碼可直接在 ABAQUS 編譯運(yùn)行，采用全隱式積分搭配一致切線模量，收斂速度極快、計(jì)算精度極高，<span style="background-color: rgba(0, 0, 0, 0);">適合初學(xué)者快速入門(mén)。</span></p><p class="ql-align-justify"><span style="background-color: rgba(0, 0, 0, 0);">下圖展示了</span><span style="color: rgb(25, 27, 31);">部分</span><span style="background-color: rgba(0, 0, 0, 0);">PDF內(nèi)容，及umat計(jì)算結(jié)果與abaqus內(nèi)置模型對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)umat收斂速度極快，與abaqus內(nèi)置模型幾乎一致。
展開(kāi) 在連續(xù)介質(zhì)力學(xué)中，所有問(wèn)題(包括運(yùn)動(dòng)、應(yīng)力、應(yīng)變以及守恒定律等)既可用物體變形前的初始構(gòu)形B為參照構(gòu)形(取x1為自變量)來(lái)描述，又可用物體變形后的新構(gòu)形，B'為參照構(gòu)形(取x1*為自變量)來(lái)描述，前者稱為拉格朗日(LagrangeJ L)描述，后者稱為歐拉(Euler L)描述。
在固體力學(xué)中，我們常采用拉格朗日描述;在流體力學(xué)中采用歐拉描述更為方便;而對(duì)大變形問(wèn)題及一般的物理定律，采用拉格朗日坐標(biāo)來(lái)建立它的數(shù)學(xué)表達(dá)式更為方便，但在求解具體問(wèn)題時(shí)，又常以歐拉描述更方便，所以兩種描述都要采用。
—End—
CAE仿真與數(shù)值模擬微信公眾號(hào)，主要介紹CAE仿真與數(shù)值模擬的知識(shí)與應(yīng)用公眾號(hào)主要介紹CAE仿真與數(shù)值模擬的知識(shí)與應(yīng)用。通過(guò)論壇，博客，論文，案例等為大家?guī)?lái)知識(shí)食糧。仿真軟件:abaqus、ansys、flunet、comsol、hypermesh、moldflow等，涉及領(lǐng)域有機(jī)械材料土木物理等。
展開(kāi) <p class="ql-align-justify"><strong>內(nèi)容：</strong></p><p class="ql-align-justify">基于參考文獻(xiàn)通過(guò)ABAQUS建立了冰材料彈塑性本構(gòu)模型；對(duì)比已有試驗(yàn)，對(duì)比裂紋演化現(xiàn)象和沖擊載荷曲線，驗(yàn)證了冰材料本構(gòu)模型的有效性。</p><p class="ql-align-justify"><img src="https://img.jishulink.com/202507/attachment/7b0d26ab81f645dc98e8b15335447247.png" width="1027"></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p class="ql-align-justify"><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/202510/attachment/7cbe0c886d1d4de59fdee40d233200d8.png" style="" width="616" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202510/attachment/7cbe0c886d1d4de59fdee40d233200d8.png?
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<p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(15, 17, 21);">本資源包含一份 PDF 文檔和可直接編譯運(yùn)行的 Fortran UMAT 代碼，具體內(nèi)容為：</span></p><p class="ql-align-justify">理想彈塑性本構(gòu) + 隱式積分 + 徑向返回</p><p class="ql-align-justify
并不簡(jiǎn)單的彈塑性本構(gòu)子程序6個(gè)月前
初學(xué)材料力學(xué)就知道最常見(jiàn)的金屬一般都是彈塑性的。
所謂彈塑性，就是把材料性能劃分成了兩個(gè)階段，前面的階段是彈性，比較好理解，載荷與變形線性變化。后面塑性，就是指材料繼續(xù)變形，但是載荷不往上走了，或者即便走也變慢了。而且即便完全卸載，第二個(gè)階段的變形仍然會(huì)保留。
材料如此，人亦如此，過(guò)度消耗是補(bǔ)不回來(lái)的。彈塑性材料有屈服強(qiáng)度這個(gè)概念，就是指進(jìn)入塑性后，本來(lái)向上的曲線開(kāi)始低頭了
1 vumat與umat的區(qū)別
從程序?qū)崿F(xiàn)的角度，我們重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)區(qū)別：
? vumat不需要輸出一致性切線剛度矩陣
? vumat中應(yīng)力應(yīng)變存儲(chǔ)順序與umat不同
? vumat中存儲(chǔ)的應(yīng)變值為張量應(yīng)變值，而umat中為工程應(yīng)變
? vumat的應(yīng)力和狀態(tài)變量的更新方式不同，其分為old和new兩個(gè)數(shù)組
Abaqus/Explicit在啟動(dòng)計(jì)算前，會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查
主程序：
subroutine usermat(
& matId, elemId,kDomIntPt, kLayer, kSectPt,
& ldstep,isubst,keycut,
& nDirect,nShear,ncomp,nStatev,nProp,
& Time
1 本構(gòu)理論
本文講解如何將三維的率無(wú)關(guān)彈塑性理論應(yīng)用到平面應(yīng)力問(wèn)題中。對(duì)于平面應(yīng)變和軸對(duì)稱問(wèn)題，由于是相應(yīng)的應(yīng)變分量為0，因?yàn)榭梢灾苯邮褂萌S的本構(gòu)，只需將相應(yīng)的應(yīng)變分量設(shè)為0作為本構(gòu)的輸入即可。然后，對(duì)于平面應(yīng)力問(wèn)題，是相應(yīng)的應(yīng)力分量為0，由于本構(gòu)是由應(yīng)變驅(qū)動(dòng)求得對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，相應(yīng)應(yīng)力分量為0相當(dāng)于對(duì)系統(tǒng)施加了相應(yīng)的約束，因此三維的本構(gòu)理論不可直接應(yīng)用于平面應(yīng)力問(wèn)題中，需要將相應(yīng)的約束考慮其中進(jìn)行求解
<p class="ql-align-justify"><strong>內(nèi)容：</strong></p><p class="ql-align-justify">基于參考文獻(xiàn)通過(guò)ABAQUS建立了冰材料彈塑性本構(gòu)模型；對(duì)比已有試驗(yàn)，對(duì)比裂紋演化現(xiàn)象和沖擊載荷曲線，驗(yàn)證了冰材料本構(gòu)模型的有效性。</p><p class="ql-align-justify"><img src="https://img.jishulink.com
<p>1 本構(gòu)理論</p><p>1.1 率形式</p><p>本構(gòu)方程為：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202402/dd344f7d07bc21faf8fcc073781a5aa2.png"></p><p>單軸拉伸的應(yīng)力應(yīng)變的硬化曲線如下：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage
各向同性硬化von Mises率無(wú)關(guān)彈塑性本構(gòu)理論以及umat源代碼
1 本構(gòu)理論
1.1 率形式
對(duì)于各向同性線彈性材料，其本構(gòu)方程為：
式中假設(shè)了應(yīng)變張量可以分解為彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變兩部分：
因此塑性本構(gòu)的關(guān)鍵在于計(jì)算塑性應(yīng)變的演化。對(duì)于率無(wú)關(guān)彈塑性的本構(gòu)理論，需要確定以下三個(gè)部分：
(1)：屈服條件
(2)：流動(dòng)法則
(3)：硬化法則
在此采用的是
混凝土在外載荷作用下的非線性行為中同時(shí)包含微裂縫和塑性流動(dòng)這兩種微觀機(jī)制的影響。在考慮混凝士等準(zhǔn)脆性材料的非彈性力學(xué)行為方面，連續(xù)損傷力學(xué)模型可以通過(guò)不同的方式來(lái)描述材料剛度和強(qiáng)度的退化以及單邊效應(yīng)。真正意義上的彈塑性損傷本構(gòu)模型：不僅考慮卸載時(shí)不可恢復(fù)塑性變形的影響，而且還應(yīng)該考慮損傷和塑性的雙向耦合效應(yīng)。
彈性階段應(yīng)力應(yīng)變滿足如下關(guān)系
通過(guò)對(duì)應(yīng)力進(jìn)行譜分解，可得
式中，
對(duì)于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的模擬，在<a href="/major/ABAQUS中，集成了二維Hashin失效準(zhǔn)則與多種損傷演化準(zhǔn)則，但缺少三維的復(fù)合材料本構(gòu)模型。
參考一篇已發(fā)表的SCI文章，使用Fortran語(yǔ)言建立三維平紋織物復(fù)合材料彈塑性、漸進(jìn)損傷本構(gòu)模型-Vumat子程序。平紋織物復(fù)合材料在1方向和2方向絲束性能近似相同。
該程序是博士期間學(xué)習(xí)復(fù)材子程序的小部分總結(jié)，編程結(jié)構(gòu)并不是非常漂亮及完美
