剛度退化
關注創建者：匿名 創建時間：2021-10-08
剛度退化的視頻教程
通過abaqus_VUMAT 建立基于應力描述的三維Hashin損傷初始準則
課程主要內容 (1) VUMAT整體講解 (2) VUMAT子程序逐行詳解：三維Hashin初始失效準則，剛度退化，單元刪除 (3) 單軸拉伸模型的建立與結果分析，根據結果改進子程序 (4) 模型的改進與結果分析 課程附件中含有cae文件，inp文件，VUMAT子程序，pdf學習筆記 購買課程后，可以進行答疑。
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基于abaqus_VUMAT建立三維Hashin失效準則的復合材料拉伸模型
課程主要內容 (1) VUMAT整體講解 (2) 三維Hashin子程序逐行講解，包括初始失效準則，剛度退化，單元刪除 (3) 單軸模型的建立與結果分析，根據結果改進子程序 (4) abaqus自帶的二維Hashin失效準則與模型的建立 (5) 三維Hashin的VUMAT與abaqus自帶的二維Hashin失效準則對比與分析 (6) 基于三維Hashin建立不同鋪層角度的層合板
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***滯回曲線數值模擬大集合***（鋼筋混凝土柱壓彎滯回案例、滯回模擬之我見、滯回模擬數據分析）
依據滯回曲線，我們可以得到骨架曲線并考察研究對象的位移延性、耗能能力和剛度退化。 混凝土構件（柱、剪力墻、梁柱節點）的滯回模擬是大部分碩士同學的主要研究課題，變換參數多種多樣，但歸根節點還是鋼和混凝土兩種材料的組合，通過相互作用，體現構件良好的受力性態。 本視頻首先向大家分享一個鋼筋混凝土柱低周往復模擬，適用于所有階段的同學，簡單明了，通俗易懂，上手輕松，必須是大通之法。
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剛度退化的實例教程
一種是最簡單的取消剛度的辦法，即基體失效時令
Q12=Q22=Q66=0，
Q11保持不變；纖維失效時，進一步令Q11=0。
另一種是采用所謂0.4Em剛度退化準則，這是Tsai通過細觀力學分析得出的，。基體失效時，E1、V12保持不變，而E2下降至0.56E2，G12下降至0.44G12。計算表明，與簡單退化剛度相比，0.4Em準則并沒能使疲勞和剩余強度計算結果更加接近試驗，有時甚至得到不合理的結果，同時使得計算迭代的時間大大加長。所以，最終還是采用簡單退化剛度法。
失效分析
在一定的載荷p 作用下，層壓板可能發生靜力破壞，也可能發生疲勞破壞。如前所述，這取決于外載荷與最先失效強度的比較。
如果外載荷p 大于最先失效強度Fstrg，那么某個單層的纖維被立即拉斷，或基體立即開裂，然后根據失效模式對層壓板作相應的剛度退化，應力重新分布，沒有疲勞壽命可言。值得指出的是，在疲勞分析系統中，靜力破壞不僅僅使失效層的剛度退化，同時也改變該層的疲勞性能。因為發生靜力破壞的單層，必定在某個方向也喪失了疲勞承載能力，所以必須把靜力破壞折算成等效的疲勞累積損傷，換言之：發生靜力破壞的單層也消耗了一定數量的疲勞壽命。具體做法是：如果發生纖維斷裂，則將該層的面內縱向、橫向和剪切應力引起的累積損傷量D1、D2 和D12 均置為1，如果發生基體破壞，將面內橫向應力引起的累積損傷量D2 置為1。
如果外載荷p小于最先失效強度Fstrg，則發生疲勞失效，隨之作疲勞分析，包括疲勞壽命和累積損傷計算，對失效層，只考慮纖維斷裂和基體失效兩種疲勞失效模式，并作相應的剛度退化。
展開 大佬們好，我想詢問一下，我目前使用abaqus內置的LARC05失效準則仿真了一個三點彎曲模型，發現損傷之后沒有發生剛度退化，力位移曲線還呈現上升趨勢，我在關鍵字里面已經編輯了損傷演化的關鍵字，所以是不是真的要聯合xfem才能看到剛度退化??？
受壓損傷云圖1
受壓損傷云圖2
受壓損傷云圖3-開始出現單元失效刪除
受壓損傷云圖3-斜剪破壞
最終破壞云圖
軸心受拉開裂
中間出現單元失效刪除
中間單元全部失效刪除
剛度退化
剛度退化因子
荷載位移曲線
二、4種建模方法介紹及結果對比
1、Abaqus梁單元
采用清華大學子程序PQ-Fiber，混凝土選用UConcrete02，鋼筋選用USteel02，建立節點模型如下：
計算結果與試驗結果對比圖如下：
由數值模擬結果可以看出：滯回曲線形狀與試驗結果基本吻合，峰值承載力誤差小于10%，模擬結果后期剛度退化緩慢，試驗曲線捏縮較為嚴重。
計算時長：2分鐘。
2、Abaqus實體單元
混凝土采用C3D8R，鋼筋采用Truss，節點模型建立如下：
計算結果如下圖：
由數值模擬結果可以看出：相較于試驗滯回曲線，模擬所得滯回曲線的峰值承載力與試驗結果相差不大，后期剛度退化緩慢，模擬所得滯回曲線較為飽滿。
計算時長：0.5-2小時，與計算參數設置有關。
3、Abaqus超自由度單元
采用方自虎老師開發子程序，節點采用超自由度單元，計算結果與試驗結果對比圖如下：
由數值模擬結果可以看出：滯回曲線形狀與試驗結果基本吻合，模擬所得峰值承載力比試驗值要小，模擬所得滯回曲線的捏縮與試驗結果較為吻合。
計算時長：7分鐘。
4、Abaqus二維MCFT模型
采用方自虎老師開發子程序，此模型為混凝土平面分析模型，如下圖所示：
計算結果與試驗結果對比如下：
由數值模擬結果可以看出：相較于試驗結果，模擬所得滯回曲線初始剛度偏大，捏縮不明顯。
計算時長：15分鐘。
三、總結
1、對ABAQUS做節點擬靜力試驗數值模擬的4種方法進行建模分析，可應用于鋼筋混凝土節點、ECC節點、再生混凝土節點、等同現澆的裝配式節點等。
2、梁單元不僅計算時間較短，而且計算結果也與試驗結果吻合較好。
3、超自由度單元由于考慮了節點區的剪切變形與粘結滑移，所得捏縮效果最好。
展開 </p><p> <img src="https://img.jishulink.com/202108/imgs/11240c2356fe4950a66ad8da29c47121"> </p><p> 對于<span style="color: rgb(249, 110, 87);">彈塑性模型</span>，材料受力超過彈性極限或屈服強度時，應力和應變呈非線性關系，產生不可逆的塑性變形，卸載剛度按初始剛度決定，卸載后出現殘余應變的現象。外載進入彈塑性區域，物體產生的變形稱彈塑性變形，由彈性變形和塑性變形組成。</p><p><span style="color: rgb(249, 110, 87);"> 彈性損傷</span>模型只考慮損傷對剛度退化的影響，不計不可恢復變形。卸載路徑按照原點返回，實質上損傷被考慮成通過割線模量定義的材料剛度退化。材料沒有損傷產生或者保持初始損傷值不發展，超過峰值應力后損傷開始發展。 彈性損傷模型是基于彈性卸載考慮的，<span style="color: rgb(249, 110, 87);">因此高估了材料剛度的退化程度，但可避開捕捉非彈性變形而直接反映材料的軟化行為</span>。</p><p> 而事實上混凝土卸載時不但表現出剛度退化現象，還存在不可恢復變形，因此采用如下圖所示的<span style="color: rgb(249, 110, 87);">彈塑性損傷模型</span>更能描述混凝土損傷全過程。</p><p><span style="color: rgb(249, 110, 87);">在彈塑性模型中損傷概念的引入，在一定程度上打破了連續介質力學上的連續性假定。因為是以一種特殊的方式（去除損傷、利用應變等效）在連續介質空間中應用經典連續介質力學。
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鋼材損傷
SDEG：剛度退化標量，也可用于混凝土。表示材料剛度的折減程度。
3. 內聚力模型損傷
CSDMG：描述cohesive單元進入軟化段后的損傷狀態。
4. 復合材料損傷
ABAQUS支持多種復合材料損傷變量：
DAMAGEFT/FC：用戶手冊中描述為：
Fiber tensile/ compressive damage variable.
通常用于絕熱瞬態動態模擬;與Abaqus/Explicit中的Johnson-Cook動態失效模型結合使用;Abaqus/Explicit中，可以結合拉伸破壞模型來模擬拉伸剝落或壓力斷口;可與漸進損傷和失效模型(漸進損傷和失效)結合使用，以指定不同的損傷起始準則和損傷演化規律，同時允許材料剛度的漸進退化和網格單元的移除;必須與線彈性材料模型(線性彈性行為)或狀態方程材料模型(狀態方程)結合使用。
五、理論框架的完整圖景
5.1 兩尺度耦合機制
微觀尺度（RVE內部） 宏觀尺度（結構響應）
↓ ↓
應變/損傷非均勻分布 ←——h——→ 均勻化能量密度
↓ ↓
高階梯度項（?ε, ?2ε） 退化剛度矩陣
Cohesive單元基于**內聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）**，可通過定義牽引-分離準則，精準描述巖石材料的斷裂過程：單元內部應力達到粘結強度前，表現為彈性變形；應力超過閾值后，單元剛度退化并伴隨能量耗散，直至單元失效形成裂紋。
受壓損傷云圖1
受壓損傷云圖2
受壓損傷云圖3-開始出現單元失效刪除
受壓損傷云圖3-斜剪破壞
最終破壞云圖
軸心受拉開裂
中間出現單元失效刪除
中間單元全部失效刪除
剛度退化
剛度退化因子
荷載位移曲線
采用線性剛度退化形式定義材料的等效應力和損傷變量，如下圖所示，關于等效應力應變的損傷演化方式如下：
復合材料損傷演化
利用Cohesive單元模擬復合材料分層損傷，采用二次應力準則作為損傷初始判據和混合能量演化B-K準則作為損傷演化準則。使用ABAQUS的VUMAT接口完成復合材料本構模型的編寫。
可以看出：隨之位移的增大，EFT從0逐漸增大；當應力達到2511.21MPa時，EFT=1，說明發生初始損傷，此時損傷系數DFT從0逐漸增大，剛度為線性退化。當達到能量釋放率輸入的GFT時，DFT=1，發生完全失效。
因此在建立均質化模型時，平紋復合材料的剛度矩陣，損傷起始準則，損傷演化方法以及退化的剛度矩陣與單向復合材料具有明顯的差異。主要體現為平紋復合材料在面內的兩個方向均有纖維，因為對于平紋復合材料的失效模式主要有：經向拉伸/壓縮損傷，緯向拉伸/壓縮損傷以及厚度方向上的拉伸/壓縮損傷,此外還可以通過在層間插入cohesive單元考慮層間分層失效。接下來主要介紹層內的損傷本構關系。
1.
</p><p>AI/ML 模型可以有效地分析疲勞數據，<strong>預測疲勞壽命</strong>，并用于表征疲勞行為，例如損傷/裂紋演變、強度/剛度退化以及疲勞診斷和預測。例如，基于深度自動編碼器（DAE）的模型可以用于檢測和分類復合材料結構中的疲勞損傷，而基于神經普通微分方程（Neural ODE）的框架可以<strong>預測復合材料層合板的剛度退化</strong>。
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</div><p><br></p><p>在<span style="background-color: yellow;">單軸往復荷載</span>作用下，彈性模量的退化與<span style="background-color: yellow;">標量剛度退化系數
