Johnson-Cook損傷模型
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
Johnson-Cook損傷模型的視頻教程
ABAQUS精品課A10—基于Johnson-Cook損傷模型的彈丸撞擊CFRP加固鋼板模擬
具體內(nèi)容如下： 1、建立CFRP加固鋼板撞擊有限元模型 2、Johnson-Cook損傷模型的設(shè)定 3、CFRP材料的模型參數(shù) 4、CFRP撞擊損傷、失效處理 5、CFRP每一層應(yīng)力和變形的查看 6、撞擊過程各部件接觸關(guān)系設(shè)置 7、單元?jiǎng)h除關(guān)鍵設(shè)置 8、關(guān)鍵曲線對(duì)比及后處理講解
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johnson-cook damage損傷斷裂模型
johnson-cook damage損傷斷裂模型，模擬試樣拉伸至斷裂的過程，該模型主要設(shè)置好5個(gè)失效參數(shù)d1-d5，熔點(diǎn)溫度，轉(zhuǎn)變溫度，參考應(yīng)變率。損傷演化（類型：位移；軟化：線性；退化：最大；位移失效：xx。
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Johnson-cook材料本構(gòu)模型參數(shù)標(biāo)定和損傷本構(gòu)模型解釋
以及對(duì)損傷模型的理解。 希望拋磚引玉，一起進(jìn)步。相關(guān)視頻和PDF都在附件里
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Johnson-Cook損傷模型的實(shí)例教程
johnson-cook damage損傷斷裂模型，模擬試樣拉伸至斷裂的過程，該模型主要設(shè)置好5個(gè)失效參數(shù)d1-d5，熔點(diǎn)溫度，轉(zhuǎn)變溫度，參考應(yīng)變率。損傷演化（類型：位移；軟化：線性；退化：最大；位移失效：xx。將附件中已設(shè)置好的inp，直接導(dǎo)入到ABAQUS中提交運(yùn)算。
Johnson-Cook 材料模型及失效模型。一般用于描述大應(yīng)變（large strains）、高應(yīng)變率（high strain rates）、高溫（high temperatures）環(huán)境下金屬材料的強(qiáng)度極限以及失效過程。在Johnson-Cook強(qiáng)度模型中，屈服應(yīng)力（yield stress）由應(yīng)變、應(yīng)變率以及溫度決定。
屈服應(yīng)力的表達(dá)式為：
其中，A,B,N,M是材料參數(shù)，epsilon_pl是等效塑性應(yīng)變，θ_m是無量綱的溫度，定義為：
其中θ是當(dāng)前溫度，θ_melt是材料的熔融溫度，θ_transition是轉(zhuǎn)變溫度，定義為屈服應(yīng)力不依賴于溫度的轉(zhuǎn)變溫度。材料參數(shù)A、B和n必須在轉(zhuǎn)變溫度或低于轉(zhuǎn)變溫度時(shí)測(cè)量。材料參數(shù)m應(yīng)基于高于轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)量值來確定，如果指定零值或未指定m值，則忽略σ0的溫度相關(guān)性，當(dāng)θ≥θ_melt時(shí)，材料將熔化，并表現(xiàn)為流體；由于σ0=0，因此不會(huì)有剪切阻力。通過將等效塑性應(yīng)變?cè)O(shè)置為零，將消除硬化記憶。如果為模型指定了背應(yīng)力，這些背應(yīng)力也將設(shè)置為零。如果在材料定義中包含退火行為，并且退火溫度定義為低于為金屬塑性模型指定的熔化溫度，則硬化記憶將在退火溫度下刪除，熔化溫度將嚴(yán)格用于定義硬化函數(shù)。否則，硬化記憶將在熔化溫度下自動(dòng)移除。如果材料點(diǎn)的溫度在隨后的時(shí)間點(diǎn)低于退火溫度，則材料點(diǎn)可以再次加工硬化。同時(shí)該模型可以考慮應(yīng)變率效應(yīng)，即等效應(yīng)力表示為
等效塑性應(yīng)變表示為
epsilon_0和C是材料參數(shù)。考慮應(yīng)變率的Johnson-cook塑性本構(gòu)模型可以寫為
以上塑性本構(gòu)模型可以在顯式和隱式中進(jìn)行定義，但動(dòng)態(tài)失效模型僅在顯式求解器中提供，該模型僅適用于金屬的高應(yīng)變率變形，Johnson-cook動(dòng)態(tài)失效模型，基于單元積分點(diǎn)處的等效塑性應(yīng)變值；假設(shè)當(dāng)損傷參數(shù)超過1時(shí)發(fā)生失效。
展開 Johnson-cook 損傷起始準(zhǔn)則是延性損傷準(zhǔn)則模型的一個(gè)特例，用于預(yù)測(cè)延性金屬中孔洞的形核、生長和聚結(jié)導(dǎo)致的損傷起始。該模型假設(shè)損傷開始時(shí)的等效塑性應(yīng)變是應(yīng)力三軸性和應(yīng)變率的函數(shù)。同時(shí)可以考慮溫度的影響。
包含的材料參數(shù)有：
失效相關(guān)參數(shù)：d1-d5。
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
2 JC本構(gòu)——損傷演化段
The Johnson-Cook criterion (available only in Abaqus/Explicit) is a special case of the ductile criterion in which the equivalent plastic strain at the onset of damage, , is assumed to be of the form
上面的英文是幫助文檔中對(duì)于 Johnson-Cook 損傷準(zhǔn)則的解釋，具體意思：下面的公式是定義損傷起始/萌生時(shí)的等效塑性應(yīng)變，當(dāng)達(dá)到損傷起始等效塑性應(yīng)變，材料就會(huì)發(fā)生損傷。
式中，d1-d5是需要輸入的損傷參數(shù)，損傷演化段和塑性硬化段一樣，等號(hào)右側(cè)第二個(gè)括號(hào)與第三個(gè)括號(hào)分別是應(yīng)變率和溫度對(duì)于損傷的影響。
下面將討論修改參考應(yīng)變率對(duì)于損傷起始位置的影響：
把參考應(yīng)變率從4e-4修改成1，損傷的起始位置會(huì)從圖1右邊黃色框住的位置變成左邊，因?yàn)閰⒖紤?yīng)變率變大第二個(gè)括號(hào)變小，導(dǎo)致損傷起始等效塑性應(yīng)變變小，即損傷位置提前
圖1 修改參考應(yīng)變率對(duì)于損傷起始位置的影響
參考資料：
（1）TC4鈦合金動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及本構(gòu)模型研究_惠旭龍
（2）abaqus 幫助文檔
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Johnson-Cook損傷模型的最新內(nèi)容
Johnson-CooK （簡(jiǎn)稱 JC）模型主要用于解決金屬材料在強(qiáng)沖擊、高應(yīng)變率、劇烈溫度變化下的復(fù)雜響應(yīng)問題。在國防穿甲爆破、航空航天器外殼受撞擊、汽車高速碰撞以及工業(yè)上的金屬切削加工等極端工況下，金屬材料在極短時(shí)間內(nèi)會(huì)發(fā)生巨大的變形，并且伴隨著由于劇烈摩擦和變形產(chǎn)生的局部高溫。傳統(tǒng)的彈塑性模型無法準(zhǔn)確模擬這種“又快、又熱、變形又大”的極端物理過程，而 JC 模型正是為了破解這些高能耗、
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在運(yùn)用JC本構(gòu)模型的時(shí)候，不知如何控制損傷開始的位置，在學(xué)習(xí)總結(jié)之后分享出來，希望和大家一起進(jìn)步。
JC本構(gòu)模型包括塑性硬化段和損傷演化段
1 JC本構(gòu)——塑性硬化段
方程：
式中：A，B，n，m 是控制塑性段硬化的材料參數(shù)，等號(hào)右側(cè)第二個(gè)括號(hào)與第三個(gè)括號(hào)分別是應(yīng)變率和溫度對(duì)于塑性硬化段的影響。
關(guān)于第二個(gè)括號(hào)：
\dot{\varepsilon}_{\mathbf{0}}：參考應(yīng)變率
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
1.J-C本構(gòu)的主體由三部分構(gòu)成，分別表征了材料的應(yīng)變硬化、應(yīng)變速率強(qiáng)化以及熱軟化。
2.模型全方位考慮了流變應(yīng)力與應(yīng)變、應(yīng)變速率以及溫度之間的關(guān)系，能夠滿足各種條件下的仿真材料需求。
3.需要指出的是JC本構(gòu)，采用簡(jiǎn)單的乘積形式將三項(xiàng)聯(lián)立，說明模型只是單獨(dú)考慮了應(yīng)變、應(yīng)變速率和溫度的影響，而并未考慮各因素之間的耦合影響，所以在一些特殊情況下模型的精度可能會(huì)存在一些問題。
閱讀原文
Johnson-cook 損傷起始準(zhǔn)則是延性損傷準(zhǔn)則模型的一個(gè)特例，用于預(yù)測(cè)延性金屬中孔洞的形核、生長和聚結(jié)導(dǎo)致的損傷起始。該模型假設(shè)損傷開始時(shí)的等效塑性應(yīng)變是應(yīng)力三軸性和應(yīng)變率的函數(shù)。同時(shí)可以考慮溫度的影響。
包含的材料參數(shù)有：
失效相關(guān)參數(shù)：d1-d5。
金屬的熔化溫度：<span tabindex="0" data-mathml="
θ
melt
" role
其中塑性模型相關(guān)的材料參數(shù)擬合可以參考網(wǎng)址：
abaqus中Johnson-Cook本構(gòu)模型理解 - 知乎 (zhihu.com)
損傷相關(guān)參數(shù)擬合可以參考網(wǎng)址：
abaqus中Johnson-Cook損傷失效模型 - 知乎 (zhihu.com)
umat子程序驗(yàn)證
相同材料參數(shù)下，使用編寫的umat子程序與顯式求解器內(nèi)置的模型進(jìn)行對(duì)比，模型材料參數(shù)取自文獻(xiàn)
模型尺寸為10*10*
ABAQUS_Standard用戶材料子程序?qū)嵗?pdf
Johnson-Cook本構(gòu)模型參數(shù)反演
1. 導(dǎo)讀
Johnson-Cook本構(gòu)模型是由Johnson和Cook通過大量實(shí)驗(yàn)提出來的，常用于鳥撞擊實(shí)驗(yàn)、汽車碰撞、霍普金森桿等沖擊領(lǐng)域。
J-C模型通過上述簡(jiǎn)單表達(dá)式將材料加工硬化效應(yīng)、應(yīng)變率效應(yīng)和溫度效應(yīng)解耦，因此非常便于工程應(yīng)用。J-C模型已內(nèi)置在Abaqus中，可以直接調(diào)用，為材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了寶貴的技術(shù)參數(shù)和參考信息。但是，數(shù)值模擬的預(yù)測(cè)能力很大程度上依耐于模型參數(shù)的準(zhǔn)確性
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(chǎng)合，該模型可以同時(shí)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(shí)質(zhì)上是將應(yīng)變、應(yīng)變率和溫度這三個(gè)變量進(jìn)行了分離，用乘積的關(guān)系來處理三者對(duì)動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力的影響。屈服應(yīng)力表達(dá)式為：
