本構
關注創建者：酸奶 創建時間：2016-02-06
本構的視頻教程
土體彈塑性本構理論（臨界狀態理論，劍橋模型，狀態相關本構，邊界面模型）
本套課程將由淺入深教大家一些土體本構方面的理論知識。本構就是用數學公式描述土體的復雜特性，因此掌握一些本構相關知識對了解土體性質，進而開展巖土工程問題的研究具有重要意義。同時本課程的課件及參考資料都會在附件里贈送給大家。
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【免費】上海江達基礎設施行業高級培訓視頻（四）：本構模型 Ⅰ
（預覽） 【5本構模型(I)_MC模型.MP4】 介紹應力空間和應力不變量、彈性理論、土體的塑性行為、Mohr-Coulomb模型本構 【6本構模型(I)_DP模型.MP4】 介紹擴展的Drucker-Prager模型 第五講：本構模型（II）（預覽） 【7本構模型(II)_DPC模型.MP4】 介紹修正的Drucker-Prager/Cap模型 【8本構模型(II)_Clay模型.
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本構的實例教程
本案例取值0.1。
3.Viscosity Parameter（黏度系數）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損傷本構模型
對于混凝土材料的本構模型眾多學者進行了深入分析研究以期望獲得一個更加準確描述混凝土材料在壓縮拉伸等力學變化過程中的斷裂行為。除去上述本構損傷模型以外，還有一種專門用來描述混凝土材料的本構模型JHC本構模型。然而，Abaqus自帶的材料模型中并沒有JHC本構，其提供了內置的子程序以供調用。為方便分析進行，本文借助LSDYAN平臺對該本構模型各參數含義進行分析以了解此種本構模型的優勢之處，LSDYNA中對該JHC本構參數的定義界面如圖2所示。JHC本構模型是LSDYNA軟件材料庫中常用于模擬脆性材料的方程之一，尤其是方程中對材料的逐漸累積損傷的計算使得其能夠準確模擬脆性材料的大變形、高應變率效應問題。JHC本構包括應力應變模型、損傷失效模型、靜水壓力模型以及多項式狀態方程[1-2]。
圖2 LSDYNA中的JHC混凝土本構參數定義界面
JHC本構模型參數見本案例pdf
基于ABAQUS的混凝土損傷本構模型與LSDYNA的JHC本構模型比較分析.pdf
分析：基于上述JHC本構模型參數的含義理解與分析，參考陳建林教授對各個參數做出的試驗實際標定可以得出混凝土材料的各個JHC本構參數具體值如表1所示[3]，試驗中混凝土采用的素混凝土試件的質量配比為：石膏：325#水泥：沙：水=0．1：0．9：3：0．5，所使用的砂粒粒徑不大于0.63 mm，成形后在振動臺上振動壓實，然后在自然環境下干燥養護7天。
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01 本構關系的定義
本構關系屬于材料的屬性，其實就是材料的應力應變關系，也就是內力和變形的關系。
02 線彈性本構：彈性，并且應力和應變線性相關。
03 非線性彈性本構：彈性，應力和應變非線性相關。
04 理想彈塑性本構：彈性階段應力和應變線性相關，塑性階段應力保持不變。
05 線性強化彈塑性本構：彈性階段應力和應變線性相關，塑性階段應力和應變線性相關。
06 剛塑性本構：彈性可忽略。
【Abaqus本構】看視頻制作的鋼材的二折線、三折線、四折線、五折線本構。參考自文獻：鋼管混凝土局部受壓時的工作機理研究、鋼管混凝土結構三維非線性有限元分析和設計理論的研究、Finite element modelling of concrete-filled steel stub columns underaxial compression。紅色字體為手動輸入（屈服應力和楊氏模量）；鋼材塑性直接復制綠色填充區域即可。
2025/11/29：
今天上來一看有同學買了，所以我有興趣在原有文件基礎上，做了一些調整，可以讓大家更好的使用這個本構，主要做出了以下修改：
1??原有二折線本構的極限應變取得不高，我這次改到了100倍的屈服應變。
2??原有的幾種本構取的點數太多了，其實不需要太多的點數，本構取點太多會導致模型計算量大，少取一些點對模型結果基本沒影響，abaqus軟件會自動在兩個點之間取插值。所以我給出了建議的取點，大家可以直接使用我建議的取點數就行。
3??好多人用五折線本構是用于鋼管混凝土的模型計算的，有鋼材本構而沒有混凝土本構還得麻煩大家去找混凝土的，所以我又附送了一個鋼管混凝土的混凝土的本構。
4??新增了參考文獻來源：
[1]劉威.鋼管混凝土局部受壓時的工作機理研究[D].福州大學,2005.
[2]盧明奇.鋼管混凝土結構三維非線性有限元分析和設計理論的研究[D].天津大學,2005.
展開 Journal of Applied Physics, 2005, 97(9):5858-753.）
3種陶瓷本構模型參數保持不變，求解第3節中的工況。圖4為使用3種不同本構模型時棒材尾端點速度降情況。由圖可知，0.015ms左右棒材已經穿透陶瓷板，速度基本保持不變，但陶瓷板使用JHB本構后棒材速度降約比其它兩種本構模型高150m/s，與DP和JH-2本構計算結果差別較大。
圖4 使用不同陶瓷本構模型時的棒材速度降
圖5為0.02ms時陶瓷板的破碎情況。使用DP本構的陶瓷板環裂不明顯，陶瓷錐明顯；使用JH-2本構的陶瓷板環裂明顯，陶瓷錐較為明顯；使用JH-2本構的陶瓷板無環裂和陶瓷錐出現，其主要原因是陶瓷單元過早刪除。
圖5 0.02ms時陶瓷板的破碎情況
4.2 分析與討論
由4.1節中數值計算結果可知，JHB本構模型的求解結果與另2種本構模型結果的存在明顯差異。其主要原因是不同本構模型定義陶瓷材料的損傷失效模型存在一定差異，造成了JHB本構模型單元失效快，棒材速度降低。而陶瓷本構的損傷段參數往往都是根據試驗擬合得出的，不能適應所有的工況，故調整JHB本構的損傷段參數，進行重新求解，結果如圖6所示。此時速度降基本與其它兩種本構模型一致，且陶瓷破碎出現陶瓷錐及環裂現象。
圖6 修正JHB損傷參數后的求解結果
根據3種本構模型的損傷失效公式可知，本質上DP和JH-2本構是一種累積損傷失效模式，即理解為不同的損傷程度對應不同的應力壓力關系曲線，在損傷過程中對應的曲線是不斷產生變化的，變化的過程是連續函數；而JH-1和JHB本構模型在不同損傷程度時，僅對應兩種狀態，即完整和失效兩種狀態，類似數字電路中的0、1，是不連續的間斷函數。
JH本構模型本質上是一種唯象本構模型，是通過觀察到的現象來確定公式形式、耦合參數的。
展開 當我們用abaqus模擬沖擊動力學問題時，經常會考慮使用Johson-Cook本構，而正確輸入材料本構的各參數，對我們的仿真結果意義重大，今天我們就來介紹下abaqus中JC本構的各參數識別問題。
Johnson-Cook塑性模型是一種具有硬化規律和速率依賴的解析形式的米塞斯塑性模型，主要適用于許多材料的高應變率變形模擬，包括大多數金屬。
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。
下面是JC本構的一般表達式，該模型中主要確定A、B、n、C和m等參數。可以看到J-C本構的主體由三部分構成，分別表征了材料的應變硬化、應變速率硬化（強化）以及溫度軟化，可以概括為“兩硬一軟”。
A-參考應變率和參考溫度下的初始屈服應力，B和n-材料應變硬化模量和硬化指數，C-材料應變率強化參數，m-材料熱軟化指數。
查幫助文檔可以知道各參數含義如下：
當我們不考慮應變速率和溫度影響時，該表達式就簡化為下面的表達式：
如果我們確定了參數A、B和n，那么我們在abaqus中就能輸入相應的JC參數，重點來了！
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本構的相關專題、標簽、搜索
本構的最新內容
結合作者的理論（尤其是分段線性化和應力驅動的求解思路）我們可以把獨立的vpsc子程序編寫進abaqus里面，為了避免復雜的雅可比推導，以及適用各種復雜的變形工況，推薦使用abaqus的顯式求解器，即vumat程序
以下展示一個使用vpsc-鎂合金本構模型，模擬包含1個單元，單元包好100個晶粒在RD方向壓縮20%的模擬效果（原始模型參數取自vpsc官方案例,為了減少計算時間使用高應變率進行計算，
Lebensohn 等人的文章重點解決了以下幾個力學與數值上的關鍵問題：
增廣拉格朗日迭代 (Augmented Lagrangian)
針對 EVP 本構中極強的非線性，文章引入了增廣拉格朗日迭代程序。這種方法通過在傅里葉空間平衡相容性（Compatibility）與在實空間平衡本構關系，極大地提高了求解高對比度異質材料時的收斂穩健性。
在本構層面，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塑性流動。
對于高溫合金、鋁合金薄壁件、微尺度構件等問題，如果材料存在明顯織構或晶粒尺度效應，將晶體塑性與結構有限元耦合，能夠提供比傳統本構更豐富的物理信息。
我們可以將我之前推文提到的umat-taylor模型轉化為vumat子程序，進一步使用晶體塑性模型模擬大變形結構尺度材料變形行為。
我們可以作者提出的模型完整的構建一個考慮晶界多尺度模型，演示如何計算每個滑移系對應的晶界通透系數，并將其轉化為晶界障礙應力引入晶體塑性本構中。通過對比是否考慮晶界障礙項，可以觀察晶界附近滑移活動、位錯密度分布以及應變局部化特征的變化。
使用該本構模型模擬效果如下：
初始RVE模型：
沿著X方式施加拉伸變形，變形結束后應力分布：
變形后的孿晶體積分數：
閾值孿晶體積分數（文章中推薦0.3-1.0的隨機值）：
變形結束是否發生孿生變形：
pinn求解固體力學問題（強形式）
彈性力學三類基本方程
平衡方程：該方程也稱動量守恒方程或柯西第二運動定律，其表明物體內部應力的變化（散度）必須與作用在其上的體力相平衡
張量表示：
幾何方程：描述材料形變與位移之間的關系
張量表示：
本構方程：描述材料的應力-應變關系。
分享這個代碼的主要原因：一方面，它很適合做玻璃、非晶材料、壓痕問題中的壓力敏感塑性分析；另一方面，它也是學習 cap 模型、致密化硬化和隱式本構積分的一個很好的范例。論文結果表明，這一模型能夠較好復現實驗載荷—位移曲線以及壓痕致密化分布，不過需要明確指出的是，當前模型暫時還沒有考慮剪切硬化，因此更適合用于理解“壓痕致密化”這一核心機制，而不是直接覆蓋所有復雜失效問題。
在構建聚合物材料卡片時，傳統的金屬本構模型完全失效。工程界目前傾向于采用兩類策略：
第一類是基于Drucker-Prager或Mohr-Coulomb這類原本用于巖土材料的屈服準則，通過引入靜水壓力項來修正拉壓不對稱性；
第二類則是采用專為聚合物開發的半解析模型，如SAMP-1（Semi-Analytical Model for Polymers）。
10.1016/j.tws.2023.111053</li><li class="ql-align-justify">T300：DOI: 10.1177/07316844221147487</li></ul><p class="ql-align-justify"> 用戶在 GUI 界面僅需通過下拉菜單選擇材料型號（T700 或 T300），VUMAT 實體本構屬性及
