ansys 塑性模型的案例
如何理解ANSYS彈塑性分析中的強化模型
昨天在整理文檔的時候，發(fā)現(xiàn)很早以前有朋友和我探討ANSYS中強化模型的意義問題，當時我先把問題存在有道云筆記里，待有空的時候琢磨琢磨，結(jié)果后來竟然給忘記了，實在是不靠譜??！那么既然如此，今天就把這個問題重新拿出來，聊一聊，不足的地方，還望各位同行補充。
先來回顧一些概念
什么時候才需要做彈塑性分析呢？線彈性分析階段就是應(yīng)力和應(yīng)變成正比唄，即應(yīng)力=應(yīng)變*彈性模量，卸載以后一切恢復原狀。一旦在達到材料的彈性極限后，繼續(xù)加載，使材料進入塑性階段，此時再卸載就無法恢復原狀。
那么在這個過程當中，構(gòu)件產(chǎn)生的總應(yīng)變就可以分為彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變兩部分，彈性應(yīng)變依然和應(yīng)力存在正比的關(guān)系，關(guān)鍵就是如何建立起來塑性應(yīng)變與由此產(chǎn)生的應(yīng)力之間的關(guān)系呢？這就需要引入塑性模型( Plasticity Models)了。
影響塑性應(yīng)變的因素有很多，如加載歷史(這就是為什么彈塑性分析要涉及到荷載步了)、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變率，以及一些內(nèi)部因素，如材料的屈服強度、損傷等。
那么，塑性模型如何來描述塑性發(fā)展的過程呢？ANSYS用三個準則來解決這個問題：
屈服準則：加載過程中，一旦材料的等效應(yīng)力超過屈服應(yīng)力，程序判定進入塑性狀態(tài)，這是解決一個從彈性到塑性的過渡點問題；
流動準則：當構(gòu)件發(fā)生塑性應(yīng)變時，流動準則定義了應(yīng)變方向，也就是說，流動準則可以描述在達到屈服后，在每一個荷載增量的作用下，塑性應(yīng)變的各個分量是如何發(fā)展的；
強化準則：描述了初始屈服準則隨著塑性應(yīng)變的增加是怎樣發(fā)展的。
關(guān)于“強化”，得多說幾句，當材料經(jīng)過屈服階段的塑性變形后，卸載，再加載到屈服，新的屈服點要比原屈服點高一些。那第一次屈服點就對應(yīng)著“初始屈服準則”，每一次的屈服都比上一次高一點，這個發(fā)展的過程就是強化。
展開 熱-彈-黏塑性晶體塑性模型文章推薦
傳統(tǒng)室溫本構(gòu)模型通常需要依賴大量不同溫度、不同加載路徑下的實驗數(shù)據(jù)進行擬合，很難真正解釋“溫度如何影響晶體滑移和多晶塑性響應(yīng)”。
Cyr 等人針對這一問題提出了一個三維熱-彈-黏塑性晶體塑性模型，即 TEV 模型，用于描述 FCC 多晶材料，特別是 AA5754 鋁合金在升溫條件下的力學行為。該模型的核心思想是：材料變形不僅包含彈性變形和晶體塑性滑移，還需要顯式考慮熱膨脹變形。因此，總變形梯度被分解為彈性/剛體轉(zhuǎn)動部分、熱變形部分和塑性變形部分。
在本構(gòu)層面，作者保留了 FCC 晶體的 12 個 {111}<110> 滑移系，并采用冪律型滑移率方程描述率相關(guān)塑性流動。與常規(guī)晶體塑性模型不同的是，該模型把溫度效應(yīng)系統(tǒng)地引入到多個關(guān)鍵物理量中：首先，單晶彈性常數(shù) C11、C12、C44 隨溫度變化；其次，滑移阻力引入熱軟化函數(shù)，用來描述溫度升高后滑移更容易發(fā)生的現(xiàn)象；再次，單滑移硬化參數(shù)也被寫成溫度函數(shù)，包括參考臨界分切應(yīng)力、初始硬化率和硬化指數(shù)。
這個模型的優(yōu)勢在于，它不是簡單地給宏觀應(yīng)力-應(yīng)變曲線加一個溫度修正系數(shù)，而是從晶體滑移層面描述溫度對材料響應(yīng)的影響。換句話說，它可以同時分析宏觀應(yīng)力變化、微觀滑移活動、織構(gòu)演化、局部應(yīng)變集中和熱軟化機制。因此，它比普通經(jīng)驗型熱塑性模型更適合用于多晶材料溫成形模擬。
作者首先利用 AA5754 鋁合金在 25 ℃、148 ℃、204 ℃ 和 232 ℃ 下的單軸拉伸實驗數(shù)據(jù)標定溫度相關(guān)硬化參數(shù)。隨后，又預測了 177 ℃ 和 260 ℃ 下的拉伸響應(yīng)。
展開 一個好用的Abaqus晶體塑性模型生成插件-Voronoi模型
插件可用于生成Voronoi和泡沫結(jié)構(gòu)模型，包含二維、三維和離散(背景網(wǎng)格)Voronoi模型生成模塊，所有功能模塊介紹如下：
1.
基于塑性損傷模型（CDP）FRP約束混凝土ABAQUS有限元模型 ￥12.99
本模型為基于CDP的FRP約束混凝土ABAQUS有限元模型
1. 在部件的建立上，使用殼體模擬FRP，實體模擬混凝土
2. 在材料屬性上，混凝土采用CDP模型，基于混規(guī)。FRP材料的單層板模型，并且采用常規(guī)殼方式進行鋪層，自定義了“離散”坐標系。
3. 在分析部上，打開幾何非線性，輸出參考點RP-1的力和位移。
4. 在相互作用上，將加載力的平面耦合到參考點RP-1上，并將FRP與混凝土進行綁定
5. 在荷載上，對混凝土底端進行完全固定，限制上表面除了U3方向其他方向的位移。給予U3方向一定位移，采用位移加載。
6. 在網(wǎng)格部分，混凝土采用C3D8R，F(xiàn)RP采用S4R。
得到模型后，可以根據(jù)FRP層數(shù)、材料屬性進行修改，根據(jù)混凝土實際強度進行修改，輸出應(yīng)力應(yīng)變曲線或者其他需要的部分即可
以下為模型的CAE文件：
展開 
ABAQUS UMAT - 混凝土塑性損傷模型的實現(xiàn) ￥1500
混凝土塑性損傷模型在工程上應(yīng)用較為廣泛，同類型的本構(gòu)模型多內(nèi)置于各類仿真軟件中，供用戶模擬混凝土結(jié)構(gòu)的破壞和受力情況。本文根據(jù)Peter Grassl 和 Milan Jira′sek 2006年的文章《Damage-plastic model for concrete failure》進行本構(gòu)模型代碼復現(xiàn)，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(nèi)容
一個好用的Abaqus晶體塑性模型(Voronoi模型)生成插件-V9.0版
，其包括曼哈頓距離、歐式距離（默認）、切比雪夫距離和其他距離，不同距離模式下生成的模型示例如下：
圖2.39 不同距離模式下生成的離散型晶體模型示例
2.3.2 映射晶體模塊
三維離散型映射晶體模塊，可用于將任意形狀(包括二維和三維)的帶網(wǎng)格模型映射到任意形狀(包括二維和三維)的幾何晶體模型進行離散晶體劃分，用戶界面如下：
圖2.40 三維映射晶體模塊
該模塊需要兩個輸入，一個是晶體幾何模型，另一個是網(wǎng)格模型，其流程如下：
圖2.41 三維映射晶體模型生成流程
2.3.3 自定義晶體模塊
三維離散型自定義晶體模塊，可用于對任意形狀(包括二維和三維)的帶網(wǎng)格的模型使用用戶輸入的坐標點進行Voronoi晶體劃分，用戶界面如下：
圖2.42 三維離散型用戶自定義點晶體模塊
該模塊需要兩個輸入，一個是帶網(wǎng)格的模型，另一個是坐標點，其具體流程如下：
圖2.43 用戶自定義點三維晶體模塊生成流程
2.3.4 光順晶體模塊
三維離散型光順晶體模塊，用戶界面如下：
圖2.44 三維光順晶體模塊
該模塊包含封閉和開發(fā)式兩種類型，其示例如下：
圖2.45 封閉和開發(fā)式光順晶體模型示例
2.3.5 流體兩相晶體模塊
三維離散型流體兩相晶體模塊，用戶界面如下：
圖2.46 三維離散型流體兩相晶體模塊
2.4 其他工具模塊
2.4.1 晶體取向模塊
該模塊用于賦予晶體隨機取向(局部坐標系方法)，用戶界面如下：
圖2.47 晶體取向模塊
2.4.2 泡沫結(jié)構(gòu)模塊
該模塊用于基于幾何晶體模型創(chuàng)建泡沫結(jié)構(gòu)，當晶體模型不包含實體晶界式，生成殼泡沫結(jié)構(gòu)，當晶體模型報價實體晶界時，生成實體泡沫結(jié)構(gòu)。
展開 ABAQUS UMAT-混凝土受拉狀態(tài)下塑性損傷模型的簡單實現(xiàn) ￥600
本構(gòu)模型的實現(xiàn)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(yīng)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(jié)果如下：
ABAQUS混凝土塑性損傷模型（CDP模型）excle簡便 ￥20
本excle簡捷易懂，只需在excle表中更改彈模以及軸心抗壓強度自動生成數(shù)據(jù)，表中列出了公式以及只需要輸入ABAQUS中的數(shù)據(jù)，十分容易上手
一個好用的Abaqus晶體塑性模型生成插件-Voronoi模型V8.0
V7.0版本介紹：
一個好用的Abaqus晶體塑性模型生成插件-Voronoi模型
https://zhuanlan.zhihu.com/p/611427546
2. V8.0版本新增功能：
2.1 二維核殼晶體模塊
圖2.1 二維圓形核殼晶體模塊
圖2.2 二維多邊形核殼晶體模塊
2.2 三維核殼晶體模塊
圖2.3 三維球形核殼晶體模塊
圖2.4 三維多面體核殼晶體模塊
2.3 桁架模型模塊
圖2.5 桁架結(jié)構(gòu)模型生成模塊
2.4 圓形和圓柱邊界加權(quán)晶體模塊
圖2.6 二維圓形邊界加權(quán)晶體模塊
圖2.7 三維圓柱邊界加權(quán)晶體模塊
2.5 二維梯度晶體模塊
圖2.8 二維梯度晶體模塊
2.6 三維圓柱邊界梯度模塊
圖2.9 三維圓柱邊界梯度晶體模塊
展開 Moldex3D模流分析材料性質(zhì)與模型之黏彈模型 (僅適用于熱塑性材質(zhì))
目前存在了各種不同的數(shù)學模型來表達物質(zhì)的黏彈性，以下概述Moldex3D支持的多個模型：
線性微分模型(Linear Differential Model)
?UCM模型 (上對流Maxwell模型)
此模型以線性或準線性的方式來描述塑料的黏彈性，可看作將黏性及彈性分開來串連。
黏彈效應(yīng)的示意圖
松弛時間(λ)是定義為當變形停止時，應(yīng)力從原始下降到剩一半所需的時間。越高的松弛時間表示越多的(彈性)記憶效應(yīng)。對于穩(wěn)態(tài)的移動或松弛時間(λ)極小的狀況，可被簡化為牛頓流體并用粘度來表示(η)。對于突然的應(yīng)力變化，以時間導數(shù)表現(xiàn)則是虎克定律(Hookean)及彈性模數(shù)(G)表示的固態(tài)行為。請注意，由于UCM可以視為Oldroyd-B模型的一種簡化情況，所以Moldex3D并不會在材料庫中再將其列出。
?Oldroyd-B模型 (對流性Jeffreys模型)
此模型較UCM多了一個牛頓(Newtonian)項，而當r=0時,這個模型就會被降回UCM模型。此模型預測固定的黏度及二階的第一正向應(yīng)力差，而此線性(準線性)模型因為其簡易性已經(jīng)被廣泛地用來表示黏彈性?？墒且驗闊o法表現(xiàn)出剪切至稀的特性，此模型并不適合應(yīng)用在射出成型的領(lǐng)域，而僅僅是作為研究對照之用。
非線性微分模型(Nonlinear Differential Models)
由于線性模型無法精確地描述流變特性，例如熔膠流動中發(fā)生的剪切致稀或非二階正向應(yīng)力差，需要透過擴充來表現(xiàn)這些非線性的行為，以下簡述Moldex3D所支持的非線型模型。
?White-Metzner模型
此模型是由UCM模型改進而來的，可以依據(jù)黏度(η)及松弛時間(λ)表現(xiàn)不錯的剪切率變化。
展開 運用ABAQUS軟件對冰材料彈塑性本構(gòu)模型改進及驗證（附源文件） ￥1300
<p class="ql-align-justify"><strong>內(nèi)容：</strong></p><p class="ql-align-justify">基于參考文獻通過ABAQUS建立了冰材料彈塑性本構(gòu)模型；對比已有試驗，對比裂紋演化現(xiàn)象和沖擊載荷曲線，驗證了冰材料本構(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 
混凝土塑性損傷模型 ￥5.99
<p>混凝土塑性損傷模型是基于拉、壓各向同性塑性的連續(xù)線性損傷模型，用于描述混凝土的非線性行為。采用通用有限元分析軟件ABAQUS/Standard分析，在此軟件中的混凝土塑性損傷模型具有以下特點：</p><p>1. 適于各種單元（梁、桿、殼、實體）的混凝土或其他類似的脆性材料的模擬，用于殼元時，沿厚度方向的積分點數(shù)達到9個通?？梢员ＷC計算的準確性；</p><p>2. 雖然它主要致力于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的分析，但可以用于素混凝土；</p><p>3. 可用“rebar”選項模擬混凝土中的鋼筋；</p><p>4. 適于低圍壓下混凝土單調(diào)、往復和動力荷載下的計算；</p><p>5. 是非相關(guān)多軸硬化塑性和各向同性線性損傷模型的綜合，用于描述由于混凝土斷裂引 起的不可恢復的損傷；</p><p>6. 允許循環(huán)加載過程中用戶對于剛度恢復進行控制；</p><p>7. 可定義與應(yīng)變速率的相關(guān)性；</p><p>8. 應(yīng)用粘性系數(shù)修正，可提高軟化階段的收斂效率；</p><p>9. 要求材料的彈性行為應(yīng)為各向同性且為線性的。</p><h2>1 線性損傷模型與塑性模型</h2><p>本節(jié)簡要介紹構(gòu)成混凝土塑性損傷模型的線性損傷模型與塑性模型(Hibbitt等，2003)。</p><h2>1.1 線性損傷模型</h2><p>混凝土塑性損傷模型包括混凝土受拉開裂和壓碎兩種破壞機制，分別由<span style="background-color: yellow;">等效拉壓塑性應(yīng)變</span>決定。單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)?lt;span style="background-color: yellow;">應(yīng)力與塑性應(yīng)變</span>的曲線。
展開 混凝土塑性損傷CDP模型的幾個問題 附2010規(guī)范用C50混凝土損傷塑性本構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)下載
下載地址：2010規(guī)范用C50混凝土損傷塑性本構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)
【JY】JYCDP插件：ABAQUS混凝土CDP模型插件分享 | 混凝土損傷塑性模型 ￥59.9
(推薦6.14、2016版本，仍保留固流分析耦合模塊，后版本取消該模塊)，
文后附 6.14-4 軟件下載鏈接及子程序相關(guān)下載，
【簡介】
為簡便鋼筋混凝土構(gòu)件或者結(jié)構(gòu)的本構(gòu)模型設(shè)置，本期給大家推薦一款Abaqus混凝土CDP模型插件，供大家應(yīng)用參考。這個插件無需繁瑣的Excel操作，僅需選擇混凝土等級即可在Abaqus前處理界面一鍵生成混凝土CDP本構(gòu)曲線，且可任意調(diào)整本構(gòu)曲線長度，并可對極限強度進行修正，且適用于不同的力、位移單位，可用于各類混凝土構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的精細化分析。
對于鋼筋混凝土構(gòu)件或者結(jié)構(gòu)而言，正確合理的本構(gòu)模型是對構(gòu)件或結(jié)構(gòu)進行非線性分析的關(guān)鍵。ABAQUS提供三種混凝土本構(gòu)關(guān)系模型，分別為脆性開裂模型、彌散開裂模型及損傷塑性模型，其中，混凝土損傷塑性 (Concrete Damaged Plasticity，CDP)模型是通過將各向同性下?lián)p傷彈性與拉伸和壓縮塑性相結(jié)合的方式來對混凝土的非彈性行為進行描述的，適用于Standard和Explicit兩大求解模塊，可用于模擬混凝土在任意荷載作用下的受力情況，同時考慮了由于拉、壓塑性應(yīng)變導致的彈性剛度的退化以及循環(huán)荷載作用下剛度的恢復，具有較好的收斂性。有關(guān)CDP模型的介紹及應(yīng)用可見推文：
【JY】淺談混凝土損傷模型及Abaqus中CDP的應(yīng)用
【程序可解決的問題】
采用ABAQUS模擬梁柱節(jié)點時，ABAQUS中CDP模型損傷系數(shù)計算到0.9和損傷系數(shù)計算到0.99所得的滯回曲線相差甚大，筆者建立了現(xiàn)澆梁柱節(jié)點模型對此進行了驗證。
CDP模型本構(gòu)曲線末尾段的選取，對滯回曲線下降段的影響較大。
展開 雙線性彈塑性模型(三)
#上一步的應(yīng)力，塑性應(yīng)變以及alpha值
nS = 200
nep = 1E-4
nA = 2.5
delta_eps = -0.003
Snew, Anew, epnew, flag = KinematicHard1D(mp,delta_eps,nS,nA,nep)
print(Snew, Anew, epnew, flag)
手算結(jié)果在前一篇
雙線性彈塑性模型(二)
