ansys模型修正的案例
修正劍橋模型對不同超固結(jié)比（OCR）的排水及不排水試驗模擬matlab程序（附模型資料及程序超詳細注釋） ￥98
原始劍橋模型由英國劍橋大學Roscoe等人于1958年提出（Roscoe等，1958），他首次將固結(jié)、剪切、剪脹、剪縮以及臨界狀態(tài)理論納入到一個統(tǒng)一的框架內(nèi)，在土體本構(gòu)理論的發(fā)展歷史中具有里程碑式的意義。再次基礎上，為了保證等向固結(jié)試驗中土體不產(chǎn)生塑性剪應變，1968年Roscoe又提出了修正劍橋模型（Roscoe和Burland，1968），將屈服面的表達式改寫為橢圓形形式。
有關(guān)劍橋模型和修正劍橋模型的詳細介紹及推導可以參考《土的本構(gòu)關(guān)系》這本書（高清PDF可見本帖附件），也可以看我的本構(gòu)視頻課程《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）》（課程鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/video/c15737），在此不再贅述。
圖1. 劍橋模型與修正劍橋模型屈服面（左）；等向固結(jié)試驗參數(shù)（右）
本帖附件內(nèi)提供了利用修正劍橋模型對不同超固結(jié)比（OCR）的排水及不排水試驗進行模擬的Matlab程序。程序得到的模擬結(jié)果見圖2。Matlab程序內(nèi)的每一段代碼基本均有詳細注釋，每一個公式后均標注了該公式在PDF資料內(nèi)對應的編號，如圖3所示。所有Matlab程序均通俗易懂，清晰明了，十分適合初學者學習，希望能對大家有所幫助。加我QQ私聊可9折優(yōu)惠（2378099909）。
圖2. 不同OCR的不排水（上）及排水（下）三軸壓縮試驗模擬
圖3. 部分程序代碼展示
展開 剪切修正GTN模型理論與驗證
這里對相應的算法進行簡要說明：
NH-GTN模型
屈服函數(shù)：
其中等效孔洞體積分數(shù)定義為：
孔洞體積分數(shù)包含新孔隙形核，原有空隙生長以及剪切相關(guān)的等效體積分數(shù)增加：
形核，生長，剪切相關(guān)體積分數(shù)的演化遵循：
其中：
剪切效應的修正，考慮應力狀態(tài)的影響
參數(shù)的物理含義如下
通過將文獻中的數(shù)值算法編程實現(xiàn)在VUMAT子程序中，可以用來實現(xiàn)對延性金屬材料在不同應力狀態(tài)下的損傷演化進行合理的數(shù)值預測，應用于金屬成型領域（沖壓，軋制，擠壓等）
預測修正后的模型應該在簡單拉伸情況下于abaqus自帶的GTN模型保持相同的損傷和其他狀態(tài)變量的分布，并在剪切情況中損傷發(fā)展顯著高于abaqus自帶的模型（自帶的模型忽略了剪切效應）。（為了進行對比使用于自帶的本構(gòu)相同的硬化方式，模擬中使用了相同的質(zhì)量縮放，但質(zhì)量縮放容易產(chǎn)生數(shù)值振蕩，模擬的拉伸曲線存在波動。）
初步模擬結(jié)果：
拉伸情況（abaqus-VUMAT）
應力分情況
孔洞體積分數(shù)
剪切模型（abaqus-VUMAT）
不同變形時刻的應力分布
T=0.1s
局部放大圖
T=0.5s
局部放大圖
T=0.6s
局部放大圖
可以看到模型在拉伸預測中與原始模型保持一致，而在剪切修正后損傷發(fā)展顯著快于原始模型，利用作者提出的方法可以應用于復雜應力狀態(tài)下金屬材料的損傷分析，相關(guān)參數(shù)部分參考文獻，其中Kw=3.T1=0.2，T2=0.7.模擬結(jié)果符合文獻所提出方法的基本趨勢。
展開 修正劍橋模型的應用
參數(shù)取值
劍橋模型涉及的幾個參數(shù)，比較難取的無非就是κ、λ、a0。具體到上海軟土，可以參考上海華東院的參考取值（來自于網(wǎng)絡，見附件）。在沒有實驗條件的情況下，根據(jù)地勘報告，可分別將Cc、Cs除以ln10來求λ、κ，具體原因就不用說了吧。對于M，可以根據(jù)有效內(nèi)摩擦角按公式求出。對于a0，在abaqus里可以通過給定e1來設定，如果已給定e1，a0一欄默認即可。關(guān)于e1的取值，我是通過地勘報告里的各地層高壓固結(jié)曲線來求的，具體做法是根據(jù)最后一個（e，lnp）坐標值以及正常固結(jié)曲線斜率λ反算出截距便是e1。
2. 初始條件
包括初始地應力、孔隙比、孔壓。
初始地應力：
*initial conditions, type=stress, geostatic
ele-soil-1, -89689.6, 124.8, 0, 130, 0.47, 0.47
各數(shù)據(jù)含義就不用廢話了。注意前面要用單元集（element set）注：我這里沒有考慮固結(jié)，沒有采用有效應力
abaqus里默認的地應力方向是Z軸負方向，如果是在CAE中建模且開始將地應力方向設為了Y軸負方向，可以在Assembly中將整個模型旋轉(zhuǎn)90°，如果彈出“...converted to absolute positions....”，yes就是了。
注意，劍橋模型中不支持在無應力條件下施加重力進行地應力平衡的方法。
孔隙比：
*initial conditions, type=ratio
soil-1, 1.112
這個是假設孔隙比與高程無關(guān)。
展開 結(jié)構(gòu)有限元模型修正分析
1 模型修正方法
論文將理論模型固有頻率的相對誤差作為目標函數(shù), 其前4 階固有頻率作為狀態(tài)變量, 有限元建模中一些不確定的材料和截面參數(shù)作為設計變量。運用ANSYS 軟件, 先計算目標函數(shù)和狀態(tài)變量對設計變量的靈敏度, 然后優(yōu)選出靈敏度較高的設計變量, 并采用合適的優(yōu)化方法進行優(yōu)化迭代, 最后得到較為精確的有限元模型。
1.1 靈敏度分析
設計變量可表示為x =[ x1 , x2 , … , xn ] , 其中x′j ≤xj ≤x″j (j =1 , 2 , … , n), 其中x′j , x″j 分別表示設計變量xj 的下限, 上限。以下表示方法均相同。
目標函數(shù)的參考狀態(tài)為fr (x)=f(x(r)), 則目標函數(shù)或狀態(tài)變量對設計變量的靈敏度為
1.2 優(yōu)化設計的基本原理
ANSYS 軟件提供了多種優(yōu)化方法, 綜合考慮結(jié)果的準確程度, 論文以一階優(yōu)化法為主, 并輔以其他方法進行計算, 每次迭代后均保留一組最優(yōu)解。歸納為如下一般形式。
最小值:f=f(x)
約束條件:
用混合罰函數(shù)法將其轉(zhuǎn)化為量綱為一無約束的單目標優(yōu)化問題, 則罰函數(shù)為
其中, px , pg , ph , pw 為受約束的設計變量和狀態(tài)變量的懲罰因子。應用無約束優(yōu)化問題的梯度法, 迭代公式為
其中, sj為最優(yōu)步長因子。迭代的收斂條件為
其中τ為目標函數(shù)的公差。
2 實橋動力特性
以邢臺地區(qū)青洞大橋為例。此橋為6×20m 空心簡支梁, 橋面全寬12m , 載重標準為汽-20 , 掛-100?；谠摌驁D紙建立初始有限元模型, 隨后由現(xiàn)場測試的動力參數(shù)進行模型修正, 得到該橋的基準有限元模型。單跨空心簡支梁結(jié)構(gòu)如圖1所示。
展開 
考慮尺寸效應的剪切修正GTN模型：CMSG-GTN
推薦這個文章主要有三點原因：第一，在研究超薄板、微成形和微沖裁問題時，不能再機械套用傳統(tǒng)GTN模型，必須重視剪切主導損傷機制。第二，尺寸效應不是附加修正項，而是決定局部應力、損傷演化和裂紋萌生位置的重要因素。第三，從建模角度看，將剪切損傷模型與應變梯度塑性耦合，是理解微尺度金屬斷裂行為的一條很有前景的路線。對于后續(xù)開展超薄板塑性成形、切邊質(zhì)量控制以及微尺度損傷本構(gòu)建模，這篇文章都提供了很有價值的思路.
不過值得指出的是文中引入 cohesive 單元主要用于裂紋路徑的可視化表達，而其插入?yún)^(qū)域和參數(shù)設置并未像 GTN 參數(shù)那樣得到充分展開，因此這一部分更適合作為輔助性的裂紋表征手段，而非全文最核心的機理貢獻。
使用作者提出的完整積分框架，并基于顯式vumat實現(xiàn)，同時使用基于損傷變量的單元刪除方案同時引入ALE自適應網(wǎng)格方案可以更好的預測梯度效應。模擬的案例如下：
初始沖壓模型如下：
使用軸對稱單元可以減小模型的網(wǎng)格數(shù)量，顯著提高計算效率，因此模擬案例使用CAX4R單元，模型初始尺寸為R=0.015mm，H=0.0048mm，初始網(wǎng)格模型如下圖所示：
采用位移邊界條件加載，初始加載第一步ALE網(wǎng)格如下（網(wǎng)格會根據(jù)變形自動調(diào)整不同區(qū)域密度）：
第一步計算接觸時SSD分布：
第一步計算接觸時GND分布：
在當前幾何模型下GND的量級接近甚至超過SSD，因此會顯著影響應力的演化。
第一步計算接觸時等效應力分布：
應力三軸度分布：
lode角參數(shù)分布：
展開 某器件電路板的模型修正
因此，選擇前10階模態(tài)頻率作為主要修正響應，進行材料參數(shù)修正。先進行參數(shù)靈敏度分析，然后進行模型修正，具體結(jié)果如下：
圖11 參數(shù)靈敏度分析
圖12 電路板修正結(jié)果
由上圖結(jié)果可知，修正前后對比模態(tài)頻率和MAC值均得到了較好的改善，其中，10階模態(tài)MAC值的平均值從修正前的86.1%提高到了95.1%，模態(tài)頻率修正結(jié)果如下：
表3 修正前后有限元計算模態(tài)頻率
修正前后的材料參數(shù)為
表 4 修正前后的材料參數(shù)
3、總結(jié)
模態(tài)測試及有限元模型修正作為連接理論設計與工程實踐的關(guān)鍵紐帶，通過“實測驗證模型、模型指導設計”的閉環(huán)流程，對PCB電路板開展模態(tài)測試及有限元模型修正工作，可顯著提升其設計質(zhì)量、可靠性和使用壽命，同時優(yōu)化產(chǎn)品開發(fā)流程，降低開發(fā)成本。
漢航NTS.LAB軟件功能完備，集模態(tài)測試分析、模型修正及有限元仿真分析等功能于一體，深度融合理論與實際應用，使設計更具科學性和合理性，形成良性循環(huán)。該軟件能夠?qū)崿F(xiàn)PCB多物理場耦合特性的綜合評估，并為設備通過振動環(huán)境試驗（如GJB 150A-2009、ISO 16750-3）提供重要支撐數(shù)據(jù)，助力產(chǎn)品在復雜環(huán)境下的可靠性和穩(wěn)定性驗證。
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展開 Abaqus修正GTN模型的VUMAT子程序
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(shù)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(guān)的VUMAT子程序。
GTN模型的屈服函數(shù)可以用下式表示
其中q1，q2是模型參數(shù)，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(shù)。
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(shù)
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(shù)的演化可以通過下式描述
仿真計算得到的結(jié)果如下圖所示
有問題私信或者關(guān)注cae320公眾號
展開 Abaqus 修正劍橋模型的vumat子程序開發(fā)
巖土工程中廣泛采用的莫爾–庫侖準則，能較好地描述巖土材料的強度特性和破壞行為，而涉及變形和固結(jié)分析問題時該模型從理論和實踐中均有一定的不足，基于等向加載試驗建立起來的劍橋模型則能較好地描述黏土的彈塑性變形特性。
傳統(tǒng)相關(guān)聯(lián)修正劍橋本構(gòu)模型的屈服面方程、硬化準則和流動法則分別為
由于式(1)所確定的屈服軌跡在p平面是一個 圓，不能反映巖土介質(zhì)拉壓不等(S-D)效應，而且劍 橋模型是基于正常固結(jié)狀態(tài)試驗推導而來，子午面上臨界狀態(tài)線通過應力坐標原點，表現(xiàn)為不考慮土 體黏聚力的純摩擦型本構(gòu)，而大多數(shù)的巖土介質(zhì)具 有一定的黏聚力，屬摩擦–黏聚型材料。考慮到莫 爾–庫侖準則有此特征，故將莫爾–庫侖準則與劍橋模型相結(jié)合，得
聯(lián)合式(1)，(4)，(5)，有改進的屈服函數(shù)：
根據(jù)上述理論，可以通過以下流程圖完成VUMAT子程序編寫
通過單胞模型計算得到得結(jié)果如下圖所示。
[1]袁克闊,陳衛(wèi)忠,于洪丹,譚賢君,趙武勝,李香玲.考慮黏聚特性和拉壓不等效應的修正劍橋模型及數(shù)值實現(xiàn)[J].巖石力學與工程學報,2012,31(08):1574-1579.
展開 GTN損傷及修正GTN損傷模型VUMAT子程序
GTN模型損傷子程序
修正GTN模型VUMAT子程序
詳細了解+Q 1139587955
基于Abaqus的修正劍橋模型的vumat子程序開發(fā)
巖土工程中廣泛采用的莫爾–庫侖準則，能較好地描述巖土材料的強度特性和破壞行為，而涉及變形和固結(jié)分析問題時該模型從理論和實踐中均有一定的不足，基于等向加載試驗建立起來的劍橋模型則能較好地描述黏土的彈塑性變形特性。
傳統(tǒng)相關(guān)聯(lián)修正劍橋本構(gòu)模型的屈服面方程、硬化準則和流動法則分別為
由于式(1)所確定的屈服軌跡在p平面是一個 圓，不能反映巖土介質(zhì)拉壓不等(S-D)效應，而且劍 橋模型是基于正常固結(jié)狀態(tài)試驗推導而來，子午面上臨界狀態(tài)線通過應力坐標原點，表現(xiàn)為不考慮土 體黏聚力的純摩擦型本構(gòu)，而大多數(shù)的巖土介質(zhì)具 有一定的黏聚力，屬摩擦–黏聚型材料?？紤]到莫 爾–庫侖準則有此特征，故將莫爾–庫侖準則與劍橋模型相結(jié)合，得
聯(lián)合式(1)，(4)，(5)，有改進的屈服函數(shù)：
根據(jù)上述理論，可以通過以下流程圖完成VUMAT子程序編寫
通過單胞模型計算得到得結(jié)果如下圖所示。
[1]袁克闊,陳衛(wèi)忠,于洪丹,譚賢君,趙武勝,李香玲.考慮黏聚特性和拉壓不等效應的修正劍橋模型及數(shù)值實現(xiàn)[J].巖石力學與工程學報,2012,31(08):1574-1579.
最后，有需要歡迎通過微信公眾號聯(lián)系我們。
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展開 abaqus剪切修正GTN模型的VUMAT子程序開發(fā)
這里對相應的算法進行簡要說明：
NH-GTN模型
屈服函數(shù)：
其中等效孔洞體積分數(shù)定義為：
孔洞體積分數(shù)包含新孔隙形核，原有空隙生長以及剪切相關(guān)的等效體積分數(shù)增加：
形核，生長，剪切相關(guān)體積分數(shù)的演化遵循：
其中：
剪切效應的修正，考慮應力狀態(tài)的影響
參數(shù)的物理含義如下
通過將文獻中的數(shù)值算法編程實現(xiàn)在VUMAT子程序中，可以用來實現(xiàn)對延性金屬材料在不同應力狀態(tài)下的損傷演化進行合理的數(shù)值預測，應用于金屬成型領域（沖壓，軋制，擠壓等）
預測修正后的模型應該在簡單拉伸情況下于abaqus自帶的GTN模型保持相同的損傷和其他狀態(tài)變量的分布，并在剪切情況中損傷發(fā)展顯著高于abaqus自帶的模型（自帶的模型忽略了剪切效應）。（為了進行對比使用于自帶的本構(gòu)相同的硬化方式，模擬中使用了相同的質(zhì)量縮放，但質(zhì)量縮放容易產(chǎn)生數(shù)值振蕩，模擬的拉伸曲線存在波動。）
初步模擬結(jié)果：
拉伸情況（abaqus-VUMAT）
應力分情況
孔洞體積分數(shù)
剪切模型（abaqus-VUMAT）
不同變形時刻的應力分布
T=0.1s
局部放大圖
T=0.5s
局部放大圖
T=0.6s
局部放大圖
可以看到模型在拉伸預測中與原始模型保持一致，而在剪切修正后損傷發(fā)展顯著快于原始模型，利用作者提出的方法可以應用于復雜應力狀態(tài)下金屬材料的損傷分析，相關(guān)參數(shù)部分參考文獻，其中Kw=3.T1=0.2，T2=0.7.模擬結(jié)果符合文獻所提出方法的基本趨勢。
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展開 
基于Vumat的修正JC本構(gòu)模型的切削研究
JC漸進損傷本構(gòu)是研究切削中的重要本構(gòu)模型，主要包括材料硬化和損傷兩部分：其中，原始JC的硬化部分本構(gòu)為；
材料屈服應力的硬化解耦為三部分獨立的效應：應變硬化、應變率硬化以及熱軟化。多數(shù)學者針對該部分本構(gòu)進行修正，比如考慮再結(jié)晶的應變軟化，如下式，
當材料發(fā)生損傷時，滿足以下式子：
損傷起始的判定如下：
當滿足
時，材料進入損傷狀態(tài)，開始進行損傷演化。
損傷演化規(guī)律分為多種，其中基于失效位移的線性演化形式如下：
采用應力回退法編寫公式2的JC損傷彈塑性Vumat子程序，程序原理如下圖所示
得到計算結(jié)果如下圖所示
可以看到計算中有穩(wěn)定的切削生成，提取單元的應力應變曲線如下所示：
圖中可以看出該程序很好的實現(xiàn)了單元在大應變時出現(xiàn)的軟化效果。
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展開 ABAQUS路面材料使用修正burgers模型時總是出現(xiàn)編譯錯誤
C 瞬態(tài)溫度場下修正Burgers模型UMAT子程序源代碼
C
C 給狀態(tài)變量數(shù)組賦初值為零，調(diào)用ABAQUS子程序SDVINI
C GIVE STATEV THE INITIAL VALUE OF ZERO
C
SUBROUTINE SDVINI(STATEV,COORDS,NSTATV,NCRDS,NOEL,NPT,LAYER,KSPT)
C
INCLUDE 'ABA_PARAM.INC'
C
DIMENSION STATEV(NSTATV),COORDS(NCRDS)
C
DO K=1,NSTATV
STATEV(K)=0.0
END DO
C
RETURN
END
C 瞬態(tài)溫度場下修正Burgers模型UMAT子程序
C UMAT FOR MODIFIED BURGERS MODEL
C
SUBROUTINE UMAT(STRESS,STATEV,DDSDDE,SSE,SPD,SCD,RPL,DDSDDT,
1 DRPLDE,DRPLDT,STRAN,DSTRAN,TIME,DTIME,TEMP,DTEMP,PREDEF,DPRED,
2 CMNAME,NDI,NSHR,NTENS,NSTATV,PROPS,NPROPS,COORDS,DROT,
3 PNEWDT,CELENT,DFGRD0,DFGRD1,NOEL,NPT,LAYER,KSPT,KSTEP,KINC)
C
INCLUDE 'ABA_PARAM.INC'
C
CHARACTER*80 CMNAME
C
DIMENSION STRESS(NTENS),STATEV(NSTATV),DDSDDE
展開 Marc中Duncan模型子程序(土土)（修正版）
Marc中Duncan模型子程序(土土)（修正版）
Marc中Duncan模型子程序(土土)（修正版）.rar
Marc中的Duncan模型（土土）.rar
下加載面修正劍橋模型及其在Abaqus中umat子程序的實現(xiàn)
下加載面修正劍橋模型介紹
摩爾-庫倫模型、德魯克-普拉格模型及修正劍橋模型等均屬于經(jīng)典的土力 學彈塑性理論，它們都是單重屈服面的。它們假設土體在卸載再加載的過程中 應力應變關(guān)系是彈性的，但實際上并非如此。通過試驗可知， 土體在卸載再加載的過程中會產(chǎn)生塑性應變。由于正常固結(jié)土一旦卸載它就變 成超固結(jié)狀態(tài)了，卸載再加載的過程實際上就是超固結(jié)土的加載過程，因此在 超固結(jié)土的加載過程中也會產(chǎn)生塑性應變。修正劍橋模型能夠較為準確的描述 正常固結(jié)粘土的應力應變關(guān)系，但對于超固結(jié)粘土(OCR>1)，因為它沒有考慮卸載及再加載的過程中產(chǎn)生的塑性變形，所以并不適用。
下加載面修正劍橋模型包括兩個屈服面，由下加載屈服面和正常固結(jié)屈服 面的變化來描述超固結(jié)土體的力學特性。下加載面修正劍橋模型的概念和屈服面表達式，經(jīng)過總結(jié)，得 到該超固結(jié)土體的本構(gòu)模型有兩個基本特征： （1）在超固結(jié)土體的加載過程中始終保持連續(xù)平滑的彈塑性應力應變關(guān)系。 這是因為下加載面修正劍橋模型采用狀態(tài)變量 ? 來描述土體的超固結(jié)性質(zhì)。通 過 ? 的不斷減小最后減小到 0，來反映超固結(jié)性質(zhì)逐漸減弱最終趨于正常固結(jié) 土的過程，土體一直處于彈塑性狀態(tài)，不會產(chǎn)生由彈性過渡到塑性時的突變。 另外該模型的應力應變關(guān)系也與經(jīng)典彈塑性理論有所不同，在本文的 4.4 節(jié)中 將對此進行詳細研究。 （2）下加載屈服面和正常屈服面具有幾何相似性，并經(jīng)過當前應力點。這 個基本特征給程序的編程工作帶來了很大的方便，因為當前的應力點都處于下 加載屈服面上，因此不需要判斷此時的應力狀態(tài)是否到達屈服面。
二。Abaqus的umat子程序?qū)崿F(xiàn)
子程序編寫流程如下所示：
三。
展開 