剛度折減的案例
【JY】YJK前處理參數詳解及常見問題分析：剛度系數（三）
對于用戶定義的其他特殊梁，如轉換梁、鉸接梁、耗能梁、組合梁等，程序仍默認指定剛度放大系數，用戶可根據工程實際予以修改。
4、邊梁剛度放大系數上限
邊梁剛度放大系數由中梁剛度放大系數計算而來，軟件提供該參數，使得計算值不大于參數設置的數值。
B區參數詳解
1、中梁剛度放大系數
對程序判斷為中梁的梁，其抗震狀態下的剛度放大系數按該參數設置，該剛度系數影響模型的模態計算、地震下的位移、內力等(注：主要為適應廣東高規2021版按設防烈度計算的原則，以考慮梁板在中震下開裂后，樓板無法繼續為梁提供彈性計算時的剛度放大系數的情況)。
2、邊梁剛度放大系數
對程序判斷為邊梁的梁，其抗震狀態下的剛度放大系數按該參數設置，該剛度系數影響模型的模態計算、地震下的位移、內力等(注：主要為適應廣東高規2021版)。
3、連梁剛度折減系數
軟件根據該參數對連梁剛度進行折減，并且對按框架梁輸出的連梁和墻開洞方式生成的連梁均有效。
相關條文：
《高規》5.2.1條
C區參數詳解
1、中梁剛度放大系數
對程序判斷為中梁的梁，其風荷載計算時的剛度放大系數按該參數設置，該剛度系數影響模型風荷載下的位移、內力等(注：主要為適應廣東高規2021版)。
2、邊梁剛度放大系數
對程序判斷為邊梁的梁，其風荷載計算時的剛度放大系數按該參數設置，該剛度系數影響模型風荷載下的位移、內力等(注：主要為適應廣東高規2021版)。
3、連梁剛度折減系數
軟件根據該參數對風荷載計算時的連梁剛度進行折減，并且對按框架梁輸出的連梁和墻開洞方式生成的連梁均有效。
展開 Abaqus金屬切削仿真
拉格朗日法是處理連續介質力學的經典有限元方法，現代的拉格朗日法也通過結合ALE、XFEM、單元剛度折減等技術手段來解決大變形、材料失效問題；歐拉法是計算流體力學的常用方法，也可用于固體力學中的大變形問題；無網格法包括SPH、DEM等，SPH方法也常用于切削過程中的大變形仿真。
ALE
CEL
SPH
高速銑削仿真
1、材料參數定義
通用參數：
材料密度
材料機械性能參數：
彈塑性階段（沒有損傷）
初始損傷準則（損傷起始）
損傷演化準則（剛度折減-材料失效）
材料熱力學性能參數：
導熱系數
線膨脹系數
比熱容
非彈性變形能耗散比
材料使用的是合金結構鋼20NiCrMo5，塑性階段我使用了J-C模型。
2、網格與單元
網格劃分要足夠細才會有切屑，刀具切削區域局部加密防止接觸穿透，單元類型選擇熱-位移耦合單元，要定義單元刪除和狀態輸出。
3、仿真結果
應力
溫度
等效塑性應變與切削力曲線
下期文章提供切削inp文件下載
鋁合金切削（未考慮溫度）
合金鋼切削（考慮溫度）
展開 2020Ansys新單元：CABLE280纜索單元簡介及應用舉例
2、CABLE280支持彈性、等向硬化、隨動硬化、Chaboche硬化和蠕變；支持附加質量、阻尼、抗壓剛度折減、粘性正則化和初始狀態。
l 附加質量：可以對單元添加單位長度的質量（SECCONT ROL，ADDMAS）。
l 阻尼：可以定義非線性的阻尼系數（SECCONT ROL,,,CV1,CV2），用于表征流體環境的非線性阻尼效應特性。
l 抗壓剛度折減：纜索非常柔軟幾乎不能受壓，實際抗壓剛度比較小，以抗拉剛度（EA）乘于系數進行折減。
l 粘性正則化：纜索在受壓和受拉狀態之間切換，因為剛度不連續，可能出現的收斂困難。單元使用粘性正則化幫助收斂。
l 初始狀態：設置初始應力或初始應變，以保證求解的魯棒性。因為柔軟纜索側向剛度非常依賴軸力，若無初始應力或初始應變，總剛矩陣可能奇異，計算無法收斂。
應用舉例
用Cable280單元簡單模擬鉸車卷揚線纜過程
模型
建立一個內徑1000mm，外徑1200mm，寬500的實體環柱用于模擬絞車卷筒，長8000mm的線用于模擬線纜，在卷筒中心位置建立一個Keypoint。
其中：
l 卷筒外表面分割出一小塊，將用于與線纜端綁定約束，模擬繩卡固定。
l 卷筒內表面與中心點建立多點約束綁定，卷筒將繞中心轉動，以方便施加約束。
l 繩索與卷筒外表面建立摩擦接觸，以模擬卷纜過程。
假定卷筒材料為結構鋼，線纜材料為聚乙烯。
用Solid185單元來劃分卷筒，
用Cable280單元來劃分線纜。
▲ 圖2. 幾何模型
▲ 圖3.
展開 CABLE280纜索單元簡介及應用舉例
■ CABLE280支持彈性、等向硬化、隨動硬化、Chaboche硬化和蠕變；支持附加質量、阻尼、抗壓剛度折減、粘性正則化和初始狀態。
附加質量
：可以對單元添加單位長度的質量（SECCO N T R OL，ADDMAS）。
阻尼
可以定義非線性的阻尼系數（SECCO N T R OL,,,CV1,CV2），用于表征流體環境的非線性阻尼效應特性。
抗壓剛度折減
纜索非常柔軟幾乎不能受壓，實際抗壓剛度比較小，以抗拉剛度（EA）乘于系數進行折減。
粘性正則化
纜索在受壓和受拉狀態之間切換，因為剛度不連續，可能出現的收斂困難。單元使用粘性正則化幫助收斂。
初始狀態
設置初始應力或初始應變，以保證求解的魯棒性。因為柔軟纜索側向剛度非常依賴軸力，若無初始應力或初始應變，總剛矩陣可能奇異，計算無法收斂。
應用舉例
用Cable280單元簡單模擬鉸車卷揚線纜過程
模型
建立一個內徑1000mm，外徑1200mm，寬500的實體環柱用于模擬絞車卷筒，長8000mm的線用于模擬線纜，在卷筒中心位置建立一個Keypoint。
其中：
■ 卷筒外表面分割出一小塊，將用于與線纜端綁定約束，模擬繩卡固定。
■ 卷筒內表面與中心點建立多點約束綁定，卷筒將繞中心轉動，以方便施加約束。
■ 繩索與卷筒外表面建立摩擦接觸，以模擬卷纜過程。
假定卷筒材料為結構鋼，線纜材料為聚乙烯。
用Solid185單元來劃分卷筒，用Cable280單元來劃分線纜。
展開 
hashin-vumat ￥15
hashin-剛度折減-指數-基于能量chang-chang
Abaqus子程序開發過程中的那些坑（給初學者的建議）
那么，打開這一節內容，看一看案例指南的套路：
(1)首先是交代當前案例問題的背景，并做內容概述
(2)模型信息介紹，包括幾何、材料、分析類別、邊界載荷等
(3)理論詳解：因為這個案例是要自定義一種復合材料的損傷本構模型，所以要把用到的本構關系講解清楚、包含了損傷起始判據、損傷演化、剛度折減等，想學復合材料UMAT子程序開發的同學看到這里眼前是不是一亮？
剛度折減和雅可比矩陣都給你準備好了。
(4)模型介紹完了以后會展示一些計算結果。
(5)接下來是最重要的模型和程序源代碼
這次很幸運，有python參數化建模腳本
模型的文件及源代碼
點擊，打開源代碼文件，就可以看到針對這個案例所開發的UMAT子程序代碼了，參照一個完整代碼，從頭到尾讀懂這一類子程序怎么編寫就基本搞定了。
03
子程序與模型文件的對應
有一些同學是有源代碼的，但不會用。這種情況下，先確定自己的子程序是哪一類，同樣去幫助文檔中搜索代碼及模型文件，模型文件中一般需要調用子程序的地方都會有user的關鍵字，仍然以上述復合材料UMAT子程序為例，其對應的模型計算文件里就有下面一段代碼：
其中user material表示自定義材料，constants=14表示自定義材料中有14個材料常數，接下來幾行便是14個材料常數的具體數值，按照模型文件編寫規則，一行8個數據。
這里的14個數據是具有實際的物理意義的，如果將模型輸入文件導入abaqus CAE或者用python腳本創建模型的話，可以在模型材料中看到下圖所示的信息，14個數據一次列在材料常數列表中，此時的數據只有數值和先后順序，沒有明確的物理意義。
展開 新型鋼網鏤空心樓板試驗、模擬及理論研究 (數值模擬部分)
計算有限元模擬結果中材料損傷系數大于這兩者的部分的占比，作為失效部分，不考慮其剛度貢獻。在理論公式中，在各個荷載階段根據不同損傷程度對剛度進行折減，進而得到考慮材料損傷的荷載-位移曲線。從圖7中可知，各計算方法得到的荷載-位移曲線的總體趨勢與試驗結果吻合度良好。理論曲線與試驗曲線出現誤差的主要原因在于兩點：（1）試驗存在誤差。在荷載加載至4kPa以前，由于荷載較小，測點位移難以反映結構真實剛度，以至于試驗曲線與理論曲線出現一定誤差。（2）材料損傷導致的剛度折減。理論曲線若不考慮材料損傷導致的剛度折減，在荷載增大后，其理論值與試驗值誤差增大。在荷載達到14kN以前，理論公式對試件整體剛度的預測與試驗結果吻合度較高，在荷載超過14kN以后，其誤差越來越大。此外，表明不考慮底板混凝土的剛度貢獻是不合理的。在試驗荷載超過4kN以后，考慮材料損傷的理論計算值與試驗結果吻合度非常高。
圖7 不同假定下荷載-樓蓋板底跨中撓度曲線
7. 結論
（1）所建立的有限元模型的剛度及失效現象與試驗吻合良好，表明所采用的建模技術和簡化方法是合理的，其建模技術可推廣至其他同類研究的數值模擬當中。數值模擬結果表明，在14級荷載作用下，鋼筋仍未進入塑性狀態，樓蓋板和框架柱混凝土的拉裂及壓碎是試件剛度大幅下降的主要原因。而影響試件豎向剛度的關鍵因素是框架柱與樓蓋板相連區域的剛度及承載力。在14級荷載作用下，樓蓋板塑性區占比達74%，框架柱塑性區占比達41%，顯示混凝土材料得到了較為充分的利用。
（2）采用分析試件塑性發展歷程和應力應變分布情況的方法，可以快速確定優化方向。通過優化分析過程可知，提高混凝土標號對試件剛度的提高是有限的，但可減小混凝土受損程度。通過優化鋼筋配置，可使試件造價降幅接近12%，而試件的剛度較原設計下降不大。
展開 金屬韌性損傷材料失效模型應用實例-Abaqus/Explicit鋼制管狀結構多工況沖擊損傷失效分析 ￥49.9
材料承載經歷彈塑性階段后達到損傷起始點a，繼續承載，損傷后的材料剛度折減，出現軟化，直到損傷參數D=1時，材料剛度退化為0，單元刪除。
韌性材料損傷漸進失效模型
工程案例：
鋼制管狀結構多工況沖擊損傷失效分析
上圖案例中的分析工況按閱讀順序依次是：
沖擊質量5kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度200m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度300m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度400m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚20mm;
沖擊質量25kg，速度400m/s，桶厚50mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚50mm;
付費部分為鋼制管狀結構多工況沖擊損傷失效分析案例的9種工況共計9個inp文件壓縮包+CAE 源文件壓縮包。
展開 “失效”小述（心得分享）
以線彈性材料點為例，破壞前，剛度不變；然后到達一定階段（外部因素）出現損傷，材料點承載能力下降，反應在剛度折減，強度降低，一般用材料逐漸分離的過程來模擬這種損傷導致的失效。當然這是一個微觀過程，就像兩個原子的分離過程。當材料完全破壞時，這時意味著不能承受任何應力，材料點的剛度為零，此時對應的位移就是破壞位移。
此外，材料點出現不連續現象可以用單元的刪除來表示。但這樣，不好的地方就是太依賴于網格的劃分，擴展角度與方向都與實驗差別很大。1999年，以西北大學Belyschko為首的，和Black 合作提出XFEM。后來證實就是一種單元分解法。他也是參考了別人的思想，不是特別原創的idea。先是2維的，后是3維的XFEM；先是靜態的，后是動態的。相關的一系列問題被解決。譬如，如今已被用于孔壓單元，模擬水力開裂。
XFEM，唯一強大的地方就是解決了裂紋萌生的問題，使得與試驗切合的很好（因為裂紋尖端引入了內聚力模型）。其次，用水平集分法，來表示裂紋面和裂尖。
近十多年，其已成為全世界最流行的數值方法之一，能用于很多地方，比如兩相流，固體流體界面，相變等。參考圖例如下：
圖片來自網絡，本人原創，純手打
展開 層合板低速沖擊仿真
仿真的約束
本構模型與失效處理
在VUMAT中，采用Hashin準則進行失效判斷，對失效的單元做剛度折減模擬失效。注意，這里沒有使用單元刪除。
接觸力結果
文獻接觸力結果如下：
圖來源：譚建設.復合材料層合板低速沖擊響應的試驗研究與仿真分析[D].上海交通大學,2014.
工作室仿真結果如下，從結果看，工作室的仿真效果要優于文獻結果。
工作室仿真結果
失效分布結果
文獻結果如下：
文獻的背面仿真結果
圖來源：譚建設.復合材料層合板低速沖擊響應的試驗研究與仿真分析[D].上海交通大學,2014.
工作室仿真結果如下，從結果看，背面和文獻都能仿真出接近“十字形”分布。文獻沒有對試驗件進行掃描，只做了拍照，照片看不清晰，這里就放試驗的圖了。
工作室的背面仿真結果
工作室的背面仿真結果
容易踩坑的點
（1）邊界條件：動力學的分析對邊界條件非常敏感，約束的條件盡量和試驗保持一致；
（2）材料參數：材料參數要盡可能準確，否則接觸載荷和失效分布會差異很大；
（3）結果后處理：如果沖頭沖破試驗件，仿真和試驗的接觸載荷要去對比前半段，后半段沒有意義。
展開 【螺栓斷裂】Abaqus韌性損傷與剪切損傷準則---{ 問題答疑 +工程案例 + 模型文件 } ￥99.9
······A2: 對于同一種材料，可以同時指定多個損傷初始化準則，各個準則獨立處理，一旦一個具體的準則得到滿足，則按此準則指定的損傷演化規律計算剛度折減。必須注意的是: 任何損傷初始化準則必須指定一個損傷演化，否者該失效機理在仿真計算時是無效的。
······Q3: ductile damage或Johnson-Cook damage的區別？
······A3: 目前已知的區別（本人水平有限，歡迎各位補充）：
1) Johnson-Cook damage是ductile damage高應變率下的特殊情況，ductile damage在Standard或Explicit都可使用；Johnson-Cook damage則只能在Explicit中使用。
2) 獲取參數的試驗方式不同，Johnson-Cook damage的 d1~d5是在轉變溫度或低于轉變溫度的條件下，通過試件的高溫拉壓扭轉實驗獲得的參數。Ductile damage的η、εdot，是在各種應變率條件下進行的材料拉壓扭轉試驗，每個應力三軸度的值對應一個應力狀態，也即是對應一種試驗狀態。因此一般的研究單位很難完全測得這些數據。相比之下Johnson-cook damage參數要容易測的多。這也是為什么目前的文獻中關于J-C damage的參數要遠多于ductile damage的，而切削、彈丸侵徹分析多屬于高應變率、溫度相關的過程，因此采用jc塑性+jc damage的組合也比較多。
展開 
【5月18-19日 上海】基于LS-DYNA的復合材料和流固耦合-進階培訓
首先串講了LS-DYNA（包含顯式動力學和隱式動力學的區別，k文件的核心結構，質量縮放原理等），接著展開CFRP/GFRP復合材料模擬篇，針對復雜復合材料的鋪層設置、本構關系，失效準則剛度折減，內聚力單元/行為等問題進行系統講解；第二天圍繞流固耦合問題，重點介紹目前大家比較關系的遠場邊界、流體區域初始化、造波、漂浮以及動態擾動問題。以具體案例由淺入深，帶你了解和掌握LS-DYNA在復合材料和流固耦合方面比較深入的知識；
適合人群
本課程為進階培訓，適用于有一定LS-DYNA基礎或者渴望深入了解復合材料和流固耦合的學員
講師介紹
曹東風（藍牙）——技術鄰最具影響力明星專家！
技術鄰專家頁面：https://www.yqgqt.org.cn/z/400914
主要從事復合材料宏、細觀力學的研究，在計算細觀力學、空氣動力學以及流固耦合力學等方面受到了的專業訓練，具有堅實的理論基礎和廣泛深入的專業知識。作為項目負責人/技術負責人，承擔或參與了如復合材料典型結構靜強度、損傷容限及修理分析研究、基于浸沒式邊界法的水上迫降流固耦合作用研究、復合材料可靠性維修設計及維護修理技術、XX飛機水上迫降、穿甲防護、汽車炸彈防護、化學炸彈拆除安全房結構設計、XX大壩圍堰爆炸拆除、XX船只蒸汽管路動力系統仿真、玻璃鋼煙筒的結構設計與仿真等30多項科研項目。具有豐富的數值模擬經驗。
展開 基于Abaqus的umat子程序實現三維編織復合材料疲勞性能預測
然后根據循環次數，對材料性能做折減和失效判斷。
2. 案例
本文以三維編織復合材料為例，分析過程主要分為兩大步，即靜力分析和疲勞壽命分析。
2.1 靜力分析
靜力分析的目的是拿到胞元的強度，以及在該強度下，各組分的平均應力，進而確定組分材料在該載荷下的疲勞壽命。
（1）在Umat子程序中選用三維Hashin準則進行纖維束的失效判斷，選用最大應力準則進行基體的失效判斷。
（2）確定單胞疲勞失效載荷、極限應變，和纖維束平均應力。
（3）計算時，計算模型需對界面和邊界條件采用一定的假設與簡化。提取加載點位移載荷數據。
圖1 單胞靜力分析載荷位移曲線
2.2 疲勞分析
（1）建立纖維束、界面、基體的疲勞折減模型，定義損傷因子，這些均在Umat子程序中加以實現。同樣的，在建立疲勞折減模型時也需引入一些的假設以簡化模型。在本此研究模型中，首先利用以下文獻中提供的單向復合材料疲勞壽命預測公式確定不同應力水平下纖維束的疲勞壽命：
（2）依據計算所得的疲勞壽命，在Umat子程序中實現不同應力水平下纖維束、界面和基體的剛度折減、強度折減。
（3）最后，利用子程序實現載荷步的循環加載，同時在每次循環中對單胞的疲勞狀態及失效狀態進行判斷，直至單胞達到最大疲勞壽命狀態。
展開 【官方授權】DYNA線下培訓招生啦！復合材料/整車碰撞/爆破/沖擊等應有盡有！
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【隱式顯式切換】Abaqus雙曲線輥矯直機
前4個分析材料狀態的傳遞
第3個分析-調直過程（18秒-2米）
計算結果表明，調直過程會導致鋼管剛度折減區域擴大，可以通過SDEG來觀察到這一現象，另外局部壁厚也會發生變化。
調直過程鋼管SDEG變化
第5個分析使用顯式準靜態方法計算鋼管的抗壓性能，結果表明，調直后的鋼管在虛擬抗壓試驗中表現很差，與新管相比，幾乎喪失掉一半的抗壓能力。
第5個分析-調直管與新管的抗壓測試對比
理論上講，對于已發生較小塑性應變的鋼管（彎曲后整體平滑），使用這種機器調直可以在一定程度上增大其屈曲時的臨界失穩載荷，這也是它存在的全部意義。然而，即便如此，也要謹慎使用，因為這種廉價機器也會帶來的肉眼不易發覺的幾何缺陷（例如仿真觀察到鋼管的厚度變化和外壁表面節點偏移），抵消掉它僅有的優點。
可以確定地說，對于大塑性應變的情況（彎管局部凹陷、屈曲失穩），調直后再次使用會非常危險。但是現在來看，租賃站的一部分工人在使用的時候，面對這個“神奇”的機器很亢奮，已經到了“見彎就調”的地步，甚至有裂紋的彎管也不放過，調直后租給建筑施工隊的另一幫工人。
鑒于這種東西已經大量進入市場，因果的維度里面，坍塌和責任人被處理事件發生的概率已經陡增，在時間的維度里坍縮為現實之前，有關部門得管一管，也許能挽救不少家庭。
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