巖土本構(gòu)模型的案例
基于ABAQUS的混凝土損傷本構(gòu)模型與LSDYNA的JHC本構(gòu)模型分析與研究
圖1混凝土材料本構(gòu)參數(shù)設(shè)置
分析：在損傷系數(shù)的定義中，應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)，
1.ABAQUS的混凝土損傷本構(gòu)模型采用的是非關(guān)聯(lián)的流動(dòng)法則，其中系數(shù)Dilation Angle，即膨脹角控制著塑性勢(shì)函數(shù)開(kāi)口的大小。膨脹角越小，材料越容易破壞，那么相應(yīng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)構(gòu)就偏向安全，但膨脹角越小就越不容易收斂。因此，膨脹角的取值應(yīng)當(dāng)適中，本案例中混凝土本構(gòu)參數(shù)中的膨脹角取值一般在30~35之間，取30。
2.Eccentricity（塑性勢(shì)偏移量）決定了塑性勢(shì)函數(shù)趨近其漸近線的速率。該參數(shù)的引入主要是為了保證塑性勢(shì)函數(shù)的連續(xù)、光滑及塑性勢(shì)函數(shù)在頂點(diǎn)處的可導(dǎo)性。本案例取值0.1。
3.Viscosity Parameter（黏度系數(shù)）是為了使材料模型在軟化階段更容易收斂，仍然保持0.1。
3.2基于ANSYS/LSDYNA的混凝土JHC損傷本構(gòu)模型
對(duì)于混凝土材料的本構(gòu)模型眾多學(xué)者進(jìn)行了深入分析研究以期望獲得一個(gè)更加準(zhǔn)確描述混凝土材料在壓縮拉伸等力學(xué)變化過(guò)程中的斷裂行為。除去上述本構(gòu)損傷模型以外，還有一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)描述混凝土材料的本構(gòu)模型JHC本構(gòu)模型。然而，Abaqus自帶的材料模型中并沒(méi)有JHC本構(gòu)，其提供了內(nèi)置的子程序以供調(diào)用。為方便分析進(jìn)行，本文借助LSDYAN平臺(tái)對(duì)該本構(gòu)模型各參數(shù)含義進(jìn)行分析以了解此種本構(gòu)模型的優(yōu)勢(shì)之處，LSDYNA中對(duì)該JHC本構(gòu)參數(shù)的定義界面如圖2所示。JHC本構(gòu)模型是LSDYNA軟件材料庫(kù)中常用于模擬脆性材料的方程之一，尤其是方程中對(duì)材料的逐漸累積損傷的計(jì)算使得其能夠準(zhǔn)確模擬脆性材料的大變形、高應(yīng)變率效應(yīng)問(wèn)題。JHC本構(gòu)包括應(yīng)力應(yīng)變模型、損傷失效模型、靜水壓力模型以及多項(xiàng)式狀態(tài)方程[1-2]。
展開(kāi) 一個(gè)有意思的材料本構(gòu)模型設(shè)計(jì)方案，拉伸變形采用von Mises屈服，壓縮側(cè) cap屈服本構(gòu)模型設(shè)計(jì)。
分享這個(gè)代碼的主要原因：一方面，它很適合做玻璃、非晶材料、壓痕問(wèn)題中的壓力敏感塑性分析；另一方面，它也是學(xué)習(xí) cap 模型、致密化硬化和隱式本構(gòu)積分的一個(gè)很好的范例。論文結(jié)果表明，這一模型能夠較好復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)載荷—位移曲線以及壓痕致密化分布，不過(guò)需要明確指出的是，當(dāng)前模型暫時(shí)還沒(méi)有考慮剪切硬化，因此更適合用于理解“壓痕致密化”這一核心機(jī)制，而不是直接覆蓋所有復(fù)雜失效問(wèn)題。作為一份用于科研復(fù)現(xiàn)和二次開(kāi)發(fā)的代碼，我覺(jué)得它很有參考價(jià)值。
結(jié)構(gòu)分析的常用本構(gòu)關(guān)系（本構(gòu)模型）
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01 本構(gòu)關(guān)系的定義
本構(gòu)關(guān)系屬于材料的屬性，其實(shí)就是材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，也就是內(nèi)力和變形的關(guān)系。
02 線彈性本構(gòu)：彈性，并且應(yīng)力和應(yīng)變線性相關(guān)。
03 非線性彈性本構(gòu)：彈性，應(yīng)力和應(yīng)變非線性相關(guān)。
04 理想彈塑性本構(gòu)：彈性階段應(yīng)力和應(yīng)變線性相關(guān)，塑性階段應(yīng)力保持不變。
05 線性強(qiáng)化彈塑性本構(gòu)：彈性階段應(yīng)力和應(yīng)變線性相關(guān)，塑性階段應(yīng)力和應(yīng)變線性相關(guān)。
06 剛塑性本構(gòu)：彈性可忽略。
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約束混凝土本構(gòu)，mander混凝土本構(gòu)，自己做的箍筋約束方柱和圓柱本構(gòu)模型，表格只要輸入相關(guān)參數(shù)，自動(dòng)生成ABAQUS塑性損傷本構(gòu)關(guān)系。
簡(jiǎn)述一下巖土離散元中分析的變量
這里簡(jiǎn)述一下巖土離散元分析的兩個(gè)方向:1.宏觀變量，這個(gè)是在土力學(xué)框架里面分析，比如應(yīng)力應(yīng)變，泊松比，剪脹剪縮，孔隙率等，高級(jí)一點(diǎn)可以利用經(jīng)典的巖土本構(gòu)模型進(jìn)行分析。比如利用摩爾庫(kù)倫求出qf，利用q/qf，大部分人稱(chēng)之為應(yīng)力比，可以反應(yīng)土體的破壞程度，具體用途可以分析邊坡滑裂面的發(fā)展模式。還有劍橋模型中的臨界狀態(tài)理論之類(lèi)的。 2.微觀變量，這個(gè)是離散元特有的分析方法，比如組構(gòu)，配位數(shù)，微裂紋，膠結(jié)破壞數(shù)，還有很多學(xué)者提出一些新的基于離散元的微觀變量，后面我還會(huì)開(kāi)帖子介紹。這些微觀變量對(duì)于離散元分析都是很加分的，應(yīng)該得到足夠關(guān)注。 總之，數(shù)值模擬不是只要玩轉(zhuǎn)軟件就夠了，還需要扎實(shí)的力學(xué)功底和文獻(xiàn)閱讀量。
展開(kāi) ABAQUS umat 非線性等向硬化本構(gòu)模型（Voce 硬化模型） ￥129
<p class="ql-align-justify">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：</p><p class="ql-align-justify">非線性等向硬化本構(gòu)模型（Voce硬化模型） + 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">完整的算法一致切線模量推導(dǎo)與實(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，適合初學(xué)者快速入門(mén)。</p><p class="ql-align-justify">下圖展示了部分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) YLD2004本構(gòu)模型 ￥199
其主要應(yīng)用場(chǎng)景包括以下幾個(gè)方面：
車(chē)身設(shè)計(jì)：YLD2004模型可用于描述汽車(chē)車(chē)身零部件的各向異性塑性行為，進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和疲勞壽命等方面的分析和設(shè)計(jì)。
金屬成形加工：YLD2004模型可用于描述金屬材料的塑性變形行為，進(jìn)行成形加工過(guò)程的模擬和優(yōu)化。
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：YLD2004模型可用于描述鋼結(jié)構(gòu)的各向異性塑性行為，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和疲勞壽命等方面的分析和設(shè)計(jì)。
航空航天領(lǐng)域：YLD2004模型可用于描述航空航天結(jié)構(gòu)材料的各向異性塑性行為，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和疲勞壽命等方面的分析和設(shè)計(jì)。
其他領(lǐng)域：YLD2004模型還可用于其他領(lǐng)域的金屬材料塑性分析和設(shè)計(jì)，例如機(jī)械制造、電子設(shè)備等領(lǐng)域。
YLD2004模型模型包含18個(gè)材料參數(shù)用于確定屈服面，以及其他參數(shù)去頂硬化和加卸載等：
這些參數(shù)需要通過(guò)試驗(yàn)或數(shù)值模擬獲得。其中，確定屈服面參數(shù)需要進(jìn)行單軸拉伸、單軸壓縮、剪切等試驗(yàn)；確定硬化規(guī)則參數(shù)需要進(jìn)行多次加載和卸載試驗(yàn)以測(cè)定材料的塑性硬化行為；確定加載面參數(shù)需要進(jìn)行不同方向的應(yīng)力應(yīng)變?cè)囼?yàn)。
而更精確的模擬往往以更高的數(shù)值計(jì)算為代價(jià)，通過(guò)原始模型結(jié)合線搜索可以實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)值收斂
以YLD2004為本構(gòu)模型進(jìn)行單向拉伸加載模擬，結(jié)果取下：
展開(kāi) ABAQUS umat 非線性混合硬化本構(gòu)模型（Chaboche 硬化模型 ） ￥239
<p>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：</p><p>Chaboche硬化本構(gòu)模型 + 隱式積分 + 徑向返回</p><p>完整公式推導(dǎo) + Fortran 源碼直接編譯</p><p>任意個(gè)數(shù)背應(yīng)力分量 + 解析一致切線模量</p><p>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，適合初學(xué)者快速入門(mén)。</p><p>下圖展示了部分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) ABAQUS橡膠本構(gòu)模型
Abaqus 軟件具有非常強(qiáng)大橡膠本構(gòu)模型的定義功能，不僅提供了很多現(xiàn)有的本構(gòu)模型，還可以進(jìn)行模型本構(gòu)的自定義，并且具有橡膠材料評(píng)估的功能，從而保證了橡膠結(jié)構(gòu)件的模擬精度。本文對(duì)幾種定義方式進(jìn)行介紹：
1. ABAQUS中提供的超彈性材料的本構(gòu)模型
Mooney-Rivilin模型
Neo-Hookean模型
Yeoh模型
Ogden模型
Arruda-Boyce模型
Van der Waals模型
ABAQUS提供的這幾種橡膠超彈性材料本構(gòu)模型可以準(zhǔn)確的擬合材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的變化。用戶可以根據(jù)問(wèn)題的具體要求，選擇相應(yīng)的本構(gòu)模型來(lái)模擬材料的力學(xué)性質(zhì)，力圖用參數(shù)少，數(shù)學(xué)上處理簡(jiǎn)單的模型來(lái)得到相對(duì)精確的行為描述。
2. 用戶自定義
ABAQUS支持用戶自定義材料本構(gòu)模型，*UMAT提供自定義材料本構(gòu)模型的模版，方便用戶自定義材料
當(dāng)ABAQUS沒(méi)有提供我們需要的材料模型時(shí)，用戶可以使用ABAQUS的UMAT自定義材料本構(gòu)。
*UMAT子程序具有強(qiáng)大的功能，使用UMAT可以定義材料的本構(gòu)關(guān)系，使用ABAQUS材料庫(kù)中沒(méi)有包含的材料進(jìn)行計(jì)算，擴(kuò)充程序功能；UMAT幾乎可以用于力學(xué)行為分析的任何分析過(guò)程，幾乎可以把用戶材料屬性賦予ABAQUS中的任何單元。
3. 評(píng)估材料
當(dāng)模擬超彈性材料時(shí)，你可能已經(jīng)獲得了ABAQUS定義超彈性材料的某個(gè)本構(gòu)所需的參數(shù)；然而，更多的情況是為你提供了必要模擬的材料的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。幸運(yùn)的是，ABAQUS可以直接地接受試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過(guò)擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定所選本構(gòu)模型中的系數(shù)，并對(duì)模型的穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)，確定穩(wěn)定收斂區(qū)間。這些過(guò)程在程序中可自動(dòng)完成。
展開(kāi) Johnson-Cook本構(gòu)模型【轉(zhuǎn)載】
1.J-C本構(gòu)的主體由三部分構(gòu)成，分別表征了材料的應(yīng)變硬化、應(yīng)變速率強(qiáng)化以及熱軟化。
2.模型全方位考慮了流變應(yīng)力與應(yīng)變、應(yīng)變速率以及溫度之間的關(guān)系，能夠滿足各種條件下的仿真材料需求。
3.需要指出的是JC本構(gòu)，采用簡(jiǎn)單的乘積形式將三項(xiàng)聯(lián)立，說(shuō)明模型只是單獨(dú)考慮了應(yīng)變、應(yīng)變速率和溫度的影響，而并未考慮各因素之間的耦合影響，所以在一些特殊情況下模型的精度可能會(huì)存在一些問(wèn)題。
閱讀原文
Chaboche各向同性非線性隨動(dòng)硬化行為的材料本構(gòu)模型計(jì)算matlab程序 ￥475
Chanboche模型是一種用于描述材料各向同性非線性隨動(dòng)硬化行為的材料本構(gòu)模型。該模型由Chanboche在1981年提出，其基本形式包括各向同性部分和隨動(dòng)硬化本構(gòu)部分。
具體而言，Chanboche模型各向同性本構(gòu)部分可以用以下方程表示：
dR(p)=b(Q-R)dp
非線性隨動(dòng)硬化模型可以用以下方程表示：
dx=(2/3)cdεp-rxdp
本程序已經(jīng)在上一個(gè)帖子基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善，實(shí)現(xiàn)可直接輸入試驗(yàn)拉伸循環(huán)曲線，計(jì)算本構(gòu)參數(shù)，黑色線為計(jì)算結(jié)果，紅色為試驗(yàn)循環(huán)拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線。
展開(kāi) frp本構(gòu)模型的選擇
FRP在達(dá)到其抗拉強(qiáng)度前可視為一種理想的線彈性材料，Jin-Won Nam等人利用LS-DYNA中四種不同的FRP布有限元模型（加固混凝土結(jié)構(gòu)）進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，正交異性的線彈性模型更適合運(yùn)用在其對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)模擬上。
Nam J W, Kim H J, Kim S B, et al. Analytical study of finite elementmodels for FRP retrofitted concrete structure under blast loads[J].International Journal of Damage Mechanics, 2009, 18(5): 461-490.
International Journal of Damage Mechanics-2009-Nam-461-90.pdf
展開(kāi) 運(yùn)用ABAQUS軟件對(duì)冰材料彈塑性本構(gòu)模型改進(jìn)及驗(yàn)證（附源文件） ￥1300
<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?
展開(kāi) 方鋼管混凝土本構(gòu)模型 ￥15
方鋼管混凝土本構(gòu)模型，方鋼管約束混凝土本構(gòu)模型，mander混凝土本構(gòu)模型，自己做的方鋼管混凝土本構(gòu)模型，表格只要輸入相關(guān)參數(shù)，自動(dòng)生成混凝土塑性損傷本構(gòu)關(guān)系，塑性損傷本構(gòu)模型。B站有鋼管混凝土軸壓驗(yàn)證操作詳細(xì)視頻：https://www.bilibili.com/video/BV19R4y147gb?spm_id_from=333.337.search-card.all.click
