彈塑性損傷模型的案例
Abaqus考慮拉壓不對稱的樹脂彈塑性損傷本構vumat子程序開發
復合材料在細觀尺度上的失效行為通常通過代表體積單元（RVE）模型來研究。
RVE代表體積單元
RVE模型由纖維和樹脂構成，一般假設纖維是橫觀各向同性線彈性材料，樹脂則為彈塑性材料。本文通過在屈服準則中引入拉壓非對稱參量，研究了樹脂的拉壓不對稱彈塑性損傷行為。
由于樹脂的屈服行為與靜水壓力相關，這里采用下式所示的拋物面屈服準則。
式中J2為偏應力的第二不變量，I1為應力第一不變量，σt和σc為拉壓屈服應力
采用非關聯塑性流動準則，如下所示。
式中σvm為mises等效應力，P為靜水壓力，α為材料參數
損傷萌生準則如下所示
式中J2和I1為無損應力下的不變量。
為了降低模型的網格依賴性，損傷演化采用特征長度相關的指數模型
式中，rm為損傷內變量，am為特征長度相關的材料參數。
Melro的文章中給出了通過Simpson積分和弦截法計算Am的方法，實際計算發現通過該方法計算的am效果不是太理想，因此本文未對am進行迭代，直接采用其初值進行仿真計算，如下所示。
計算流程如下
計算流程圖
根據上文的彈塑性損傷模型編寫了vumat子程序，并通過單胞模型進行了驗證，計算結果如下圖所示。
abaqus單胞模型
拉伸載荷下的應力應變曲線
壓縮載荷下的應力應變曲線
展開 Abaqus通過VUMAT子程序實現混凝土拉壓不對稱彈塑性損傷本構模型
混凝土在外載荷作用下的非線性行為中同時包含微裂縫和塑性流動這兩種微觀機制的影響。在考慮混凝士等準脆性材料的非彈性力學行為方面，連續損傷力學模型可以通過不同的方式來描述材料剛度和強度的退化以及單邊效應。真正意義上的彈塑性損傷本構模型：不僅考慮卸載時不可恢復塑性變形的影響，而且還應該考慮損傷和塑性的雙向耦合效應。
彈性階段應力應變滿足如下關系
通過對應力進行譜分解，可得
式中，σ 為名義應力，d 為損傷，d=1-exp(-εp/ρ0)，公式右端σ為有效應力的正負分解。
拉壓屈服函數如下所示
屈服后，塑性流動由下式定義
按照彈性預測-塑性修正-損傷修正的流程，通過在主應力空間進行譜分解，結合徑向返回算法，本文編寫了混凝土彈塑性損傷的VUMAT子程序。
通過對單胞的單向拉壓模擬可以計算得到混凝土的應力應變響應如下圖所示。
拉伸損傷演化過程
壓縮損傷演化過程
不同圍壓下的應力應變曲線
可以發現，隨著圍壓增大，混凝土壓縮強度提高
展開 混凝土彈塑性損傷本構模型在Abaqus中vumat子程序的實現
混凝土彈塑性本構
混凝土的受力非線性行為同時包含微裂縫(微缺陷)和塑性流動這兩種微觀機制的影響，導致混凝土材料具有以如下顯著特征：
1)峰值應力后存在不穩定區域并伴隨明顯的剛度退化和強度軟化；
2)加卸載時的滯回特性：變形超過定的閥值后，混凝土完全卸載后存在著不可恢復變形；
3)有側限(如雙軸受壓應力狀態)時材料的強度和延性明顯增大；
4)由于拉應力的影響，二維拉壓應力下混凝土的受壓強度較一維抗壓強度低，即所謂的拉壓軟化效應(vcccllio and Collins，1986)；
5)單邊效應：受拉強度和受壓強度明顯不同；損傷特別是受拉時的損傷具有明顯的方向性：荷載反向后受拉裂縫閉合會導致混凝土的剛度恢復
二。vumat子程序的實現
本文作者根據上述本構，參考如下的子程序編寫流程可以實現vumat子程序的編寫。
從而可以模擬混凝土的塑性損傷，結果如下所示：
結果表明，本文所編寫的子程序準確有效。
參考文獻：
吳建營，《基于損傷能釋放率的混凝土彈塑性損傷本構模型及其在結構非線性分析中的應用》
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混凝土在外載荷作用下的非線性行為中同時包含微裂縫和塑性流動這兩種微觀機制的影響。在考慮混凝士等準脆性材料的非彈性力學行為方面，連續損傷力學模型可以通過不同的方式來描述材料剛度和強度的退化以及單邊效應。真正意義上的彈塑性損傷本構模型：不僅考慮卸載時不可恢復塑性變形的影響，而且還應該考慮損傷和塑性的雙向耦合效應。
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式中，σ 為名義應力，d 為損傷，d=1-exp(-εp/ρ0)，公式右端σ為有效應力的正負分解。
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通過對單胞的單向拉壓模擬可以計算得到混凝土的應力應變響應如下圖所示。
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【JY】MaCDP(Abaqus)應用與混凝土損傷模型概念 ￥49.9
目前比較有代表性的混凝土三維實體構件往復加載模擬，大部分采用混凝土損傷模型（Concrete Damaged Plasticity），為方便我們的使用，Abaqus大型通用有限元內置了CDP，且該方法通用與Standard和Explicit。</p><p> <img src="https://img.jishulink.com/202108/imgs/284bb79f777e462ca0ff60661a73a0cd"> </p><p>?</p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p>1.什么是彈塑性損傷模型</p><p><br></p><p> 為了了解什么是彈塑性損傷模型，我們需要先了解下，什么是<span style="color: rgb(249, 110, 87);">彈塑性模型、彈性損傷模型</span>，再了解<span style="color: rgb(249, 110, 87);">彈塑性損傷模型</span>。</p><p> <img src="https://img.jishulink.com/202108/imgs/11240c2356fe4950a66ad8da29c47121"> </p><p> 對于<span style="color: rgb(249, 110, 87);">彈塑性模型</span>，材料受力超過彈性極限或屈服強度時，應力和應變呈非線性關系，產生不可逆的塑性變形，卸載剛度按初始剛度決定，卸載后出現殘余應變的現象。外載進入彈塑性區域，物體產生的變形稱彈塑性變形，由彈性變形和塑性變形組成。
展開 huang晶體塑性umat耦合Johnson-cook 損傷模型，實現晶體材料彈-塑-損傷模擬分析
Johnson-cook 損傷起始準則是延性損傷準則模型的一個特例，用于預測延性金屬中孔洞的形核、生長和聚結導致的損傷起始。該模型假設損傷開始時的等效塑性應變是應力三軸性和應變率的函數。同時可以考慮溫度的影響。
包含的材料參數有：
失效相關參數：d1-d5。
abaqus三維復合材料彈塑性+漸進損傷本構模型-3D VUMAT ￥145
考慮損傷，有效應力與實際的應力之間的關系為：
損傷演化準則為：
上述R大于1時，損傷起始，計算w：
然后計算損傷系數D：
塑性判斷
等效應力：
a66=0.146為實驗獲取的值。
流動應力：
σ0為初始屈服應力，n=3.58和A=7.18e-8為實驗值，屈服時有
使用關聯流動法則：
等效塑性應變增量根據下式計算：
附件內容：1. inp算例模型(低速沖擊工況，1/4模型，層間使用cohesive element) 2. 子程序 3 .使用方法 4.參考論文名稱
展開 ABAQUS混凝土損傷塑性模型-2010混凝土結構設計規范中C50混凝土-彈模34400Mpa-損傷因子計算及EXCEL
這是我自己計算的2010規范中ABAQUS混凝土損傷塑性模型-2010混凝土結構設計規范中C50混凝土-彈模34400Mpa-損傷因子計算及EXCEL
首先用自己的數據計算2010規范中規定的混凝土本構關系
然后借助文件夾中02版規范的方法，計算損傷因子。
以后還會有詳細計算方法，此數據僅供參考。
2010規范用C50混凝土損傷塑性本構關系數據-彈模34400MPa-帶損傷因子-自己數據計算得出.rar
型鋼混凝土柱-鋼牛腿-彈塑性塑性損傷分析
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ABAQUS各向異性彈塑性PUCK損傷VUMAT ￥5999
該子程序為ABAQUS用戶自定義材料模型（VUMAT），用于模擬復合材料的非線性力學行為。其核心功能包含三部分：首先基于正交各向異性彈性本構更新應力，通過材料屬性計算剛度矩陣并響應應變增量；其次實現彈塑性修正，采用J2流動理論判斷屈服狀態，通過牛頓迭代求解塑性變形并更新應力；最后建立漸進損傷模型，分別針對纖維方向（拉伸/壓縮失效）和基體方向（通過180°平面搜索臨界斷裂面）定義損傷初始判據，結合斷裂能與特征長度控制損傷演化過程。該模型通過21個狀態變量跟蹤材料歷史響應，包括塑性應變、損傷變量及主應變等。
該子程序專用于預測纖維增強復合材料（如碳纖維、玻璃纖維層合板）的漸進失效行為，適用于航空航天結構（機翼蒙皮、整流罩）、新能源汽車電池包防護結構、風電葉片等領域的強度分析與失效預測。其優勢在于精確模擬從初始彈性響應、塑性變形到最終斷裂的全過程，尤其擅長處理沖擊載荷、復雜應力狀態下的損傷演化問題。
展開 熱-彈-黏塑性晶體塑性模型文章推薦
傳統室溫本構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據進行擬合，很難真正解釋“溫度如何影響晶體滑移和多晶塑性響應”。
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/剛體轉動部分、熱變形部分和塑性變形部分。
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。與常規晶體塑性模型不同的是，該模型把溫度效應系統地引入到多個關鍵物理量中：首先，單晶彈性常數 C11、C12、C44 隨溫度變化；其次，滑移阻力引入熱軟化函數，用來描述溫度升高后滑移更容易發生的現象；再次，單滑移硬化參數也被寫成溫度函數，包括參考臨界分切應力、初始硬化率和硬化指數。
這個模型的優勢在于，它不是簡單地給宏觀應力-應變曲線加一個溫度修正系數，而是從晶體滑移層面描述溫度對材料響應的影響。換句話說，它可以同時分析宏觀應力變化、微觀滑移活動、織構演化、局部應變集中和熱軟化機制。因此，它比普通經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據標定溫度相關硬化參數。隨后，又預測了 177 ℃ 和 260 ℃ 下的拉伸響應。
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混凝土塑性損傷CDP模型的幾個問題 附2010規范用C50混凝土損傷塑性本構關系數據下載
作者技術鄰用戶名：星辰_北極星，2012年開始從事Abaqus仿真相關工作，服務大小課題逾百項; 主要仿真領域：石油工程、巖土工程和金屬加工工藝；重點研究方向：ABAQUS GUI二次開發、固體力學、斷裂以及損傷等。
如有項目咨詢可點擊閱讀原文聯系作者。
在以往的課程和技文中都曾描述過混凝土塑性損傷（CDP）模型，但由于描述不夠完整、清晰，還是給讀者和學員留下不少的疑問，在這里表示歉意。我們先看看經常會被問到的幾個問題：
單調荷載下，損傷定義是否有影響？
輸出的單元應力應變曲線為什么和輸入的不一樣？
單元應力為什么比屈服強度還高？
單元應力超過定義的最大屈服應力后的發展趨勢是怎樣的？為什么會出現應力增大情況？
混凝土輸入的是真實應力應變曲線還是名義應力應變曲線？
為了解決上面的這些問題，這里準備了一個非常簡單的模型，一個平面的四邊形單元，A點進行完全固定，B點約束Y方向位移，CD點施加-Y方向位移載荷，對單元形成單軸壓縮分析；右側的模型是對單元四個面額外施加P的圍壓。
后面幾幅圖是基于上面兩個模型，輸入不同參數條件獲得的，現在我們就來看圖說話。
【圖一】
單軸壓縮模型（左側）、材料模型CDP定義塑性、但沒有定義損傷參數。
結論：
當模型選擇平面應力單元時，得到的應力-應變曲線與輸入的材料一致；
當模型選擇平面應變單元時，應力-應變曲線各處均大于輸入的材料性質，這是由于平面應變單元存在平面外法向約束，因此并不是純粹的單軸壓縮模型；
輸入定義的末尾應變為0.37，后續的應力-應變曲線是水平延伸的，單軸條件下，不存在增大情況。
展開 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。FRP材料的單層板模型，并且采用常規殼方式進行鋪層，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. 在網格部分，混凝土采用C3D8R，FRP采用S4R。
得到模型后，可以根據FRP層數、材料屬性進行修改，根據混凝土實際強度進行修改，輸出應力應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 雙線性彈塑性模型(五)
本節內容為多桿結構的彈塑性有限元計算。
對于彈塑性材料，
,其中
<section role="presentation" data-formula="C_T=
\begin{cases}
E, &|\sigma |< \sigma_Y\\
E_t, &|\sigma |>\sigma_Y
\end{cases}
" data-formula-type="block-equation" style=" text-align: center; overflow: auto; ">
含多個桿單元的結構，需要分別判斷每個單元的彈塑性狀態，確定是
或者
參與計算。
展開 雙線性彈塑性模型(三)
#上一步的應力，塑性應變以及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)
手算結果在前一篇
雙線性彈塑性模型(二)
