應變軟化模擬
關注創建者：匿名 創建時間：2025-12-01
應變軟化模擬的視頻教程
LS-DYNA巖石單軸壓縮試驗數值模擬-輸出試樣破壞模式、應力應變曲線
采用LS-DYNA軟件模擬巖石單軸壓縮試驗。前處理建模操作及所有關鍵字設置均在ls-prepost軟件進行，較適合對關鍵字格式和參數不熟悉的朋友學習。
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應變軟化模擬的實例教程
1 引言
如前所述，Mohr-Coulomb模型是最簡單的塑性模型[壓縮試驗模擬考慮的幾個問題(本構模型和NMD算法)]，不過，Mohr-Coulomb模型有兩個缺點：第一個缺點是不能顯示應力峰值后的殘余應力，第二個缺點是不能直接計算塑性應變。而采礦巖石力學需要考慮巖石破壞后的材料響應行為，典型的場景包括礦柱的屈服，自然崩落法以及充填采礦法，在這些場景中，當巖體加載到其峰值強度后，隨著應變的增加，強度在峰值后降低到一定水平的殘余應力，這個過程稱之為應變-軟化(Strain-Softening)。
2 應變軟化模型
應變軟化模型同時假定由于粘結力減少引起的脆性軟化以及由于內摩擦角減少的漸進軟化，通過table-cohesion和table-friction來表征這種軟化過程。在真實的工程模擬中，需要根據試樣試驗標定和校準這些數值。應變軟化模型實際上是Mohr-Coulomb的擴展，當table中的數據取得足夠大時，應變軟化模型就退化為Mohr-Coulomb模型。
展開 為此，數值模擬技術逐漸成為研究單樁動力學行為的有力工具。
內容
本案例介紹一種基于 CEL（Coupled Eulerian–Lagrangian）方法 的單樁貫入模擬思路。CEL法通過在樁體采用Lagrangian網格、土體采用Eulerian描述的方式，能夠自然處理大變形問題，避免了純Lagrangian網格嚴重畸變的困境。這種方法特別適合樁土相互作用、沖擊載荷和復雜邊界問題的研究。
在模型構建中，除考慮土體強度隨埋深的變化外，還引入了 應變軟化 與 應變率效應 兩個關鍵因素。應變軟化反映了土體在達到峰值強度后強度逐漸降低的特性，對預測貫入阻力和樁周土體擾動范圍具有重要意義。而應變率效應則考慮了土體在高速加載下強度和剛度隨加載速率的增加而提高的規律。這兩者在樁貫入問題中往往是同時存在的：軟化決定了樁入土后的長期穩定性，速率效應則主導了瞬時的動力響應。
通過研究，可以得到以下幾點主要認識：
軟化效應：若忽略，可能會高估貫入阻力，導致溜樁等事故發生。
速率效應：對貫入速度較大的情況，土體等效強度提升明顯，使樁貫入力顯著增大；但該效應在慢速貫入下相對有限。
相比傳統有限元方法，CEL模擬不僅能捕捉樁端土體的流動與回填現象，還能清晰展現樁周土體擾動區的形成與演化。提供了一個更接近實際工況的分析工具。
應用領域
樁體、軟土貫入儀器貫入過程等軟土大變形領域
展開 <p><strong>【注意】考慮到后臺咨詢較多，最新帖子更新了子程序與CEL建模的講解視頻，請大家按需購買</strong></p><p><a href="https://www.yqgqt.org.cn/post/1983546" rel="noopener noreferrer" target="_blank">基于CEL法的單樁基礎貫入過程模擬：考慮應變軟化與應變率效應_abaqus cel實例 ABAQUS二次開發-技術鄰</a></p><p>在abaqus軟件中基于<a href="https://www.yqgqt.org.cn/service/abaqus_cel" rel="noopener noreferrer" target="_blank">CEL</a>法的分層地基單樁基礎貫入過程模擬，通過編寫VUSDFLD子程序考慮了軟土的應變軟化效應與應變率效應。</p><p>以某海上風機項目為背景，為節約計算資源，建立了1/8模型。</p><p>附件包含CAE模型、應變軟化與應變率效應子程序，以及包含CEL法的建模、材料屬性設置、接觸關系設置等的資料以及一個演示視頻。
展開 本文基于泥巖的三軸壓縮試驗曲線，建立考慮應變軟化特性的泥巖彈塑性本構模型，使用Abaqus及其子程序對泥巖的三軸壓縮試驗進行了數值模擬。泥巖在受壓過程中主要經過了5個階段，即壓密階段、彈性變 形、應變硬化、應變軟化、殘余階段。泥巖應變軟化模型如下所示。
式中，ξ為強度參數，ξp為峰值強度參數，ξr為殘余階段強度參數，η為應變軟化參數，η*為殘余階段的應變軟化參數初始值。對于三軸壓縮試驗，η用塑性剪切應變來表示
塑性屈服準則采用Mohr-Coulomb準則，則粘聚力和內摩擦角的參數演化可以用下式表示
在巖石的塑性變形過程中會產生比較明顯的剪脹現象，而用來描述這一現象的較常用的力學參數就是剪脹角 Ψ，
上述模型可以通過USDFLD子程序進行實現，流程圖如下
有限元模型如下圖所示
計算得到的應力云圖及不同圍壓下的載荷位移響應如下所示
參考文獻：張力偉,賈善坡,鄒江濤,舒婧曦.泥巖的峰后軟化力學模型.中國科技論文,2016,11(21):2456-2461
有關于abaqus子程序開發的相關問題可以通過公眾號聯系我們.
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式中，ξ為強度參數，ξp為峰值強度參數，ξr為殘余階段強度參數，η為應變軟化參數，η*為殘余階段的應變軟化參數初始值。對于三軸壓縮試驗，η用塑性剪切應變來表示
塑性屈服準則采用Mohr-Coulomb準則，則粘聚力和內摩擦角的參數演化可以用下式表示
在巖石的塑性變形過程中會產生比較明顯的剪脹現象，而用來描述這一現象的較常用的力學參數就是剪脹角 Ψ，
上述模型可以通過USDFLD子程序進行實現，流程圖如下
有限元模型如下圖所示
計算得到的應力云圖及不同圍壓下的載荷位移響應如下所示
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經建模驗證過的，考慮混凝土應變率效應的混凝土本構 想要交流可以?v：wangh2444
一套基于 MATLAB/Fortran 編寫的二維鍵基近場動力學（Bond-based Peridynamics）數值仿真代碼。程序采用經典的動態松弛算法（Dynamic Relaxation），將動力學方程轉化為解決準靜態問題的工具，模擬二維材料在單軸壓縮載荷下的響應及裂紋擴展過程。
準靜態模擬方案：利用動態松弛代碼，通過人為阻尼迭代，穩定求解準靜態單軸壓縮過程。
背景
單樁基礎在巖土工程與海洋工程中應用廣泛，其貫入過程直接影響承載力、沉降以及后期的服役性能。傳統的分析方法通常依賴于靜力學近似或經驗公式，但在高速貫入或復雜土體條件下，這類方法往往難以準確反映真實機理。為此，數值模擬技術逐漸成為研究單樁動力學行為的有力工具。
內容
本案例介紹一種基于 CEL（Coupled Eulerian–Lagrangian）方法 的單樁貫入模擬思路。CEL法通過在樁體采用
<p><strong>【注意】考慮到后臺咨詢較多，最新帖子更新了子程序與CEL建模的講解視頻，請大家按需購買</strong></p><p><a href="https://www.yqgqt.org.cn/post/1983546" rel="noopener noreferrer" target="_blank">基于CEL法的單樁基礎貫入過程模擬：考慮應變軟化與應變率效應_abaqus cel
<p><strong>【注意】本貼子只包含子程序文件</strong></p><p>基于<a href="https://www.yqgqt.org.cn/qa/6302" rel="noopener noreferrer" target="_blank">abaqus子程序</a>VUSDFLD編寫的由Einav與Randolph提出的西澳模型，用于求解軟黏土體劇烈變形后的強度變化，可應用于的大變形計算
最近在ABAQUS中開展了CEL大變形分析，其中涉及到應變軟化子程序的嵌入，特此將最近的學習心得和各位分享一下，為大家避坑。
此文檔為VUSDFLD子程序如何在CAE中激活的步驟詳解，希望可以為有需要的朋友帶來幫助！如果有不正之處也請大家批評指正（新手小白的瑟瑟發抖）。
發現了一些問題，請查看最新版的文件！！
FCC------以鋁為代表，參數使用原始abaqus提供的參數
織構演化模擬模型使用包含1000個單元的1*1*1mm立方體，其中每個單元表示一個特定取向的單晶，初始織構使用軟件生成1000組隨機取向，并分配給不同的單元，模型和初始織構如下圖所示，
利用周期性邊界條件分別模擬多晶沿著ND方向拉伸，壓縮，以及沿著ND方向進行平面應變壓縮時的織構
RD拉伸織構：
FCC------以鋁為代表，參數使用原始abaqus提供的參數
織構演化模擬模型使用包含1000個單元的1*1*1mm立方體，其中每個單元表示一個特定取向的單晶，初始織構使用軟件生成1000組隨機取向，并分配給不同的單元，模型和初始織構如下圖所示，
利用周期性邊界條件分別模擬多晶沿著ND方向拉伸，壓縮，以及沿著ND方向進行平面應變壓縮時的織構
RD拉伸織構：
本文基于泥巖的三軸壓縮試驗曲線，建立考慮應變軟化特性的泥巖彈塑性本構模型，使用Abaqus及其子程序對泥巖的三軸壓縮試驗進行了數值模擬。泥巖在受壓過程中主要經過了5個階段，即壓密階段、彈性變 形、應變硬化、應變軟化、殘余階段。泥巖應變軟化模型如下所示。
式中，ξ為強度參數，ξp為峰值強度參數，ξr為殘余階段強度參數，η為應變軟化參數，η*為殘余階段的應變軟化參數初始值。對于三軸壓縮試驗，
眾所周知，位錯滑移和孿生是主導多晶體材料塑性行為的主要變形機制。一方面，在孿生主導塑性條件下，孿晶激活演化過程中應力-應變曲線存在明顯的應力突降現象，即孿生軟化效應；另一方面，孿晶阻礙位錯運動使得晶體材料在塑性變形過程中表現出強化現象。為了能夠精確描述孿晶激活演化及其與位錯交互作用對宏觀塑性行為的影響，來自于天津理工大學的郭祥如和申俊杰兩人基于晶體塑性理論建立描述孿晶形核、增殖和長大的位錯密度基晶體塑性本構模型
