Johnson-Cook失效準則
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2025-12-01
Johnson-Cook失效準則的實例教程
25中金屬材料的狀態(tài)方程和Johnson-cook本構(gòu)和Johnson-cook斷裂失效參數(shù)，囊括了鋁，銅，鋼，鈦，鉛，鎢等常見的材料，完整的D1-D5參數(shù)，稀缺資源，具有較高的參考價值。
目前用來進行高速切削有限元模擬的斷裂準則有Rice&Tracy準則、Brozz準則、Cockroft&Latham準則、MeClintock準則和Freudenthal準則。大量研究者采用Cockroft&Latham準則，該準則是從能量角度建立的，通過高溫拉伸試驗計算出斷裂塑性能，并同金屬材料變形斷裂所需的能量建立映射關(guān)系，將其作為判斷金屬材料延性斷裂的臨界能量值。
考慮到高速切削的特點，塑性應(yīng)變對工件材料失效斷裂起重要影響，ABAQUS/Explicit里定義材料屬性時可在材料編輯(Edit Material)選用Johnson-Cook斷裂應(yīng)變模型，該模型(見公式 (3.7)、(3.8))提供了材料到達失效點時等效塑性應(yīng)變的計算方法。
本研究選用了Johnson-Cook強度模型為材料的本構(gòu)模型，選用了Johnson-Cook剪切失效準則為刀屑分離準則，同樣采用了Johnson-Cook斷裂應(yīng)變模型為材料的斷裂模型。
ABAQUS Explicit里的 adaptive mesh采用了ALE技術(shù)。剪切失效準則和Johnson-Cook斷裂應(yīng)變模型一起應(yīng)用就能動態(tài)的判斷材料的失效并達到工件與切屑的分離。
展開 考慮應(yīng)變率的影響時，
J
ohn
son-Cook
應(yīng)變率相關(guān)性假設(shè)：假設(shè)
為在非零應(yīng)變率
時的屈服應(yīng)力與在參考應(yīng)變率
時的屈服應(yīng)力的比值，即：
則應(yīng)變率之間存在的關(guān)系可表示為：
求得：
且：
則同時考慮溫度軟化及應(yīng)變率影響時：
二、
J
ohn
son-Cook
動態(tài)失效（累計損傷）
J
ohn
son-Cook
失效模型利用累計損傷來考慮材料的破壞，是基于單元積分點處的等效塑性應(yīng)變而建立的，不考慮損傷對材料強度的影響，應(yīng)力和壓力在損傷程度達到臨界值時取為零值。定義損傷參數(shù)為
：
式中，
是一個時間步長的等效塑性應(yīng)變增量；
是失效時的應(yīng)變。
假定失效應(yīng)變
取決于塑性應(yīng)變率
，壓力與等效應(yīng)力之比p
/q
（p為壓力，q為Mi
ses
等效應(yīng)力），無量綱溫度
（屈服應(yīng)力與溫度的相關(guān)性系數(shù)），并在
J
ohn
son-Cook
硬化模型的初始階段進行定義。假定相關(guān)性相互獨立，則：
式中，d
1
-d
5
是在轉(zhuǎn)變溫度及以下溫度測得的失效參數(shù)。值得注意的是此表達式與Jo
hnson
與Cook（1985）公布的原始公式在參數(shù)d
3
的符號上有所不同，因為大部分材料隨著壓力與等效應(yīng)力之比的增加，其失效時的應(yīng)變越大，所以上述表達式中d
3
通常采用正值。
三、幾點說明
1.
展開 在具有各向同性硬化的彈塑性材料中，損傷以兩種方式體現(xiàn)：屈服應(yīng)力的軟化和彈性退化。
閱讀原文
切削加工過程是切屑不斷形成的過程，目前對切削研究中所應(yīng)用的切削分離準則主要有幾何準則和物理準則。幾何準則主要通過變形體的幾何尺寸的變化來判斷分離與否，常常取工件上分離線上的一點到切削刃的距離是否達到一個預(yù)定的臨界值作為標準；而物理準則主要是基于物理量的值是否達到臨界值而建立的，主要包括基于等效塑性應(yīng)變準則、基于應(yīng)變能密度準則、斷裂應(yīng)力準則等。現(xiàn)在采用有限元軟件提供的任意拉格朗日-歐拉方法，實現(xiàn)切屑的自動分離。任意拉格朗日-歐拉方法克服了拉格朗日方法和歐拉方法需要預(yù)先定義分離線，預(yù)先假定切屑形狀、定義切屑和工件分離準則等缺點，而是通過網(wǎng)格的不斷重劃和更新，切削自然形成，使計算更易于收斂。
本文采用了Johnson—Cook剪切失效準則，它根據(jù)單元積分點處的等效塑性應(yīng)變值是
展開 
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Johnson-Cook失效準則的最新內(nèi)容
在具有各向同性硬化的彈塑性材料中，損傷以兩種方式體現(xiàn)：屈服應(yīng)力的軟化和彈性退化。
閱讀原文
一、Joh
nson-Cook
塑性模型
J
ohn
son-Cook模型適用于較寬的應(yīng)變率范圍和由塑性生熱引起絕熱溫升導(dǎo)致材料軟化的場合，該模型可以同時考慮材料的應(yīng)變硬化、應(yīng)變率硬化和熱軟化，應(yīng)用廣泛。
J
ohn
son-Cook
模型實質(zhì)上是將應(yīng)變、應(yīng)變率和溫度這三個變量進行了分離，用乘積的關(guān)系來處理三者對動態(tài)屈服應(yīng)力的影響。屈服應(yīng)力表達式為：
25中金屬材料的狀態(tài)方程和Johnson-cook本構(gòu)和Johnson-cook斷裂失效參數(shù)，囊括了鋁，銅，鋼，鈦，鉛，鎢等常見的材料，完整的D1-D5參數(shù)，稀缺資源，具有較高的參考價值。
本文采用了Johnson—Cook剪切失效準則，它根據(jù)單元積分點處的等效塑性應(yīng)變值是
本研究選用了Johnson-Cook強度模型為材料的本構(gòu)模型，選用了Johnson-Cook剪切失效準則為刀屑分離準則，同樣采用了Johnson-Cook斷裂應(yīng)變模型為材料的斷裂模型。
ABAQUS Explicit里的 adaptive mesh采用了ALE技術(shù)。剪切失效準則和Johnson-Cook斷裂應(yīng)變模型一起應(yīng)用就能動態(tài)的判斷材料的失效并達到工件與切屑的分離。
