梯度損傷模型
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-05
梯度損傷模型的視頻教程
ABAQUS混凝土塑性損傷模型（CDP模型）計(jì)算方法
ABAQUS混凝土塑性損傷模型（CDP模型）計(jì)算方法分別用02版規(guī)范和10規(guī)范計(jì)算了混凝土受壓及受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線，并做了對(duì)比，同時(shí)建立了鋼筋混凝土柱進(jìn)行了驗(yàn)證。
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Abaqus中混凝土損傷塑性模型（CDP）4種混凝土本構(gòu)，3種損傷因子計(jì)算方法
Abaqus中混凝土損傷塑性模型（CDP） 一、4種混凝土本構(gòu)計(jì)算方法 ①10規(guī)范 ②02規(guī)范（過鎮(zhèn)海模型）? ③丁發(fā)興模型 ④ConcreteD模型 二、3種損傷因子計(jì)算方法 ①圖解法? ②能量法? ③規(guī)范法 三、真實(shí)應(yīng)力、真實(shí)應(yīng)變與名義應(yīng)力、名義應(yīng)變的轉(zhuǎn)換 四、鋼筋雙折線模型 五、Mander模型計(jì)算（改良計(jì)算方法 六、本構(gòu)及損傷因子的選取與截?cái)?附件包含：
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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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梯度損傷模型的實(shí)例教程
傳統(tǒng)損傷模型對(duì)于單元的尺寸十分敏感，不同單元尺寸會(huì)導(dǎo)致有限元模型精度出現(xiàn)明顯偏差。針對(duì)該問題，梯度損傷（Gradient-damage）模型的概念被提了出來。
本文詳細(xì)介紹了如何將梯度損傷模型應(yīng)用于4節(jié)點(diǎn)平面單元，并在有限元模型中進(jìn)行模擬。
ABAQUS提供了UEL（user defined element）給使用者進(jìn)行開發(fā)。筆者利用UEL開發(fā)4節(jié)點(diǎn)平面單元，其邊界條件如下圖所示。其中，節(jié)點(diǎn)1的X、Y方向被限制住，節(jié)點(diǎn)2的Y方向被限制，節(jié)點(diǎn)4的X方向被限制，節(jié)點(diǎn)3、4的Y方向有豎向位移0.1mm。單元為100*100mm的二維正方形。
每個(gè)節(jié)點(diǎn)除了X和Y方向的位移，還帶有非局部應(yīng)變（nonlocal strain）。
單個(gè)單元模型，
多個(gè)單元模型，
具體內(nèi)容可參見知乎文章：
ABAQUS UEL-梯度損傷模型應(yīng)用于4節(jié)點(diǎn)平面單元 - 知乎 (zhihu.com)
相應(yīng)的input文件和uel代碼付費(fèi)可見，
展開 FGM概念
FGM是功能梯度材料（Functionally graded materials）的英文簡(jiǎn)稱，也被稱為梯度功能材料。功能梯度材料(FGM)是一種新型非均勻復(fù)合材料,是由性能不同的兩種或多種材料復(fù)合成組分和結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)連續(xù)梯度變化的材料。它要求功能、性能隨內(nèi)部位置的變化而變化，以實(shí)現(xiàn)功能梯度的材料。
從本質(zhì)上來講，F(xiàn)GM是一種比較特殊的復(fù)合材料。
在自然界也有許多功能梯度材料的例子，如竹子、貝殼、骨骼等。
FGM構(gòu)建
本文采用COMSOL軟件進(jìn)行FGM模型的構(gòu)建，以下表現(xiàn)三種不同形式的功能梯度材料模型：
粒徑均勻變化
雙材料擴(kuò)散
變粒徑分布
建模教程
在COMSOL內(nèi)建立功能梯度材料可以采用AutoCAD模型導(dǎo)入的方式，這里用到了CAD建模插件。
插件下載：
CAD 功能梯度材料（FGM）2D插件
展開 應(yīng)變梯度模型（Strain Gradient Model）是一種材料模型，由 Gurtin 和 Sternberg 在 1962 年引入的，用于研究非局部效應(yīng)對(duì)連續(xù)介質(zhì)行為的影響。然而，這個(gè)模型直到近年來才開始在納米材料領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用和研究。材料被視為連續(xù)、均質(zhì)的介質(zhì)，其行為由宏觀應(yīng)力和應(yīng)變張量描述。然而，當(dāng)材料的尺寸減小到與其微結(jié)構(gòu)大小相同的數(shù)量級(jí)時(shí)，傳統(tǒng)模型就不再適用，因?yàn)槲⒂^結(jié)構(gòu)的影響變得更加顯著。
應(yīng)變梯度模型引入了一個(gè)額外的應(yīng)變梯度項(xiàng)來描述材料的非局部行為。這個(gè)梯度項(xiàng)捕捉了在微觀尺度上材料應(yīng)變的變化率。
相對(duì)于傳統(tǒng)塑性模型，應(yīng)變梯度塑性模型的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在
更準(zhǔn)確地描述納米尺度下的材料行為。在納米尺度下，材料的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其力學(xué)行為有著重要的影響。傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)模型無法很好地描述這種非局部行為，而應(yīng)變梯度模型通過引入應(yīng)變梯度項(xiàng)，可以更準(zhǔn)確地描述納米材料的力學(xué)行為。
提高了預(yù)測(cè)材料性質(zhì)的能力。應(yīng)變梯度模型可以更好地捕捉材料的微觀尺度下的非局部效應(yīng)，從而提高了模型預(yù)測(cè)材料力學(xué)性質(zhì)的能力。
可以揭示材料行為的新特性。應(yīng)變梯度模型可以更好地描述納米材料的強(qiáng)度、韌性、斷裂行為等特性，從而有助于揭示材料行為的新特性和機(jī)制。
為納米加工和納米器件設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。應(yīng)變梯度模型可以幫助人們更好地理解納米材料的力學(xué)行為，從而為納米加工和納米器件設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。例如，在設(shè)計(jì)納米器件時(shí)，需要考慮材料的強(qiáng)度、韌性等特性，應(yīng)變梯度模型可以幫助人們更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)這些特性，從而指導(dǎo)器件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。
在過去的幾十年中，應(yīng)變梯度模型得到了不斷的發(fā)展和完善。其中一個(gè)重要的進(jìn)展是基于變分原理的應(yīng)變梯度模型，這種方法可以更好地處理材料的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)之間的相互作用。
展開 本案例介紹在Abaqus CAE內(nèi)建立呈現(xiàn)不同梯度分布模式的二維Voronoi晶粒結(jié)構(gòu)模型。
模型輪廓草圖預(yù)先在AutoCAD內(nèi)建立，在“0”圖層上建立正方形，在“hole”圖層建立內(nèi)部的孔，這里的孔采用的是正多邊形，以確保能以多邊形的邊長(zhǎng)生成對(duì)應(yīng)的梯度晶粒。圖形建立完成后，采用CAD二維圖形Voronoi劃分 V2.0插件進(jìn)行梯度晶粒的生成，晶粒直徑參數(shù)設(shè)置為最大的晶粒尺寸，晶粒類型選取梯度適應(yīng)，邊界模式勾選自動(dòng)尺寸。
在Abaqus內(nèi)建立對(duì)應(yīng)尺寸的二維部件，部件內(nèi)部的孔可以建立為圓形。將CAD內(nèi)生成的梯度晶粒以dxf草圖的形式導(dǎo)入Abaqus，并用其對(duì)建立的部件進(jìn)行分區(qū)。
分區(qū)完成后也可采用Random Material Partition插件對(duì)不同區(qū)域隨機(jī)設(shè)置材料及比例。
沿直線分布的FGM梯度晶體模型只需在CAD草圖建立時(shí)將邊界線用多段線分段繪制即可，每段的尺寸與對(duì)應(yīng)位置的晶粒尺寸一致。
可對(duì)模型劃分網(wǎng)格，并進(jìn)行后續(xù)的梯度晶粒結(jié)構(gòu)仿真模擬分析。
展開 文獻(xiàn)一：《Gradient plasticity in gradient nano-grained metals》
文獻(xiàn)二：《Grain rotations during uniaxial deformation of gradient nano-grained metals using crystal plasticity finite element simulations》
推薦理由：兩篇文章使用了類似的研究方法，通過構(gòu)建具有梯度分布的晶粒模型，基于原始的唯象晶體塑性模型進(jìn)行修改，將初始屈服，硬化模量，飽和強(qiáng)度，以及率相關(guān)系數(shù)構(gòu)造為晶粒尺寸的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)建立具有尺寸效應(yīng)的多晶本構(gòu)模型，這對(duì)目前金屬梯度結(jié)構(gòu)介觀尺度下力學(xué)性能的表征具有一定的啟發(fā)性
文獻(xiàn)一的研究使用Voronoi鑲嵌方法構(gòu)建梯度納米晶結(jié)構(gòu)，使用的本構(gòu)模型如下：
流動(dòng)方程：
硬化方程為：
通過假設(shè)：?jiǎn)尉缴系乃锌够茀?shù)與局部晶粒尺寸D的平方根成反比
修正對(duì)應(yīng)的參數(shù)為：
其中彈性參數(shù)對(duì)應(yīng)Cu的參數(shù)
有限元模型為：
研究了平面應(yīng)變條件下簡(jiǎn)單拉伸不同區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變分布特征
CPFE結(jié)果揭示了GNG-Cu橫截面中的梯度應(yīng)力和梯度塑性應(yīng)變。這些空間梯度是由于在具有梯度尺寸的晶粒中逐漸達(dá)到屈服點(diǎn)以及相應(yīng)的梯度滑動(dòng)阻力而產(chǎn)生的。
CPFE結(jié)果還揭示了梯度應(yīng)力和梯度塑性應(yīng)變的非均勻空間分布，這是隨機(jī)晶粒取向和梯度晶粒尺寸共同作用的結(jié)果。
展開 
梯度損傷模型的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
梯度損傷模型的最新內(nèi)容
原始文獻(xiàn)：《A phase field formulation for dissolution-driven stress corrosion cracking》
來源于該文章，對(duì)腐蝕相關(guān)損傷建模的可以詳細(xì)閱讀原文，理解整個(gè)程序，作者模擬效果如下：
原始代碼如下：
module kvisual
implicit none
real*8
本案例介紹在Abaqus CAE內(nèi)建立呈現(xiàn)不同梯度分布模式的二維Voronoi晶粒結(jié)構(gòu)模型。
模型輪廓草圖預(yù)先在AutoCAD內(nèi)建立，在“0”圖層上建立正方形，在“hole”圖層建立內(nèi)部的孔，這里的孔采用的是正多邊形，以確保能以多邊形的邊長(zhǎng)生成對(duì)應(yīng)的梯度晶粒。圖形建立完成后，采用CAD二維圖形Voronoi劃分 V2.0插件進(jìn)行梯度晶粒的生成，晶粒直徑參數(shù)設(shè)置為最大的晶粒尺寸
梯度晶體塑性模型對(duì)應(yīng)的umat子程序8個(gè)月前
文獻(xiàn)一：《Gradient plasticity in gradient nano-grained metals》
文獻(xiàn)二：《Grain rotations during uniaxial deformation of gradient nano-grained metals using crystal plasticity finite element simulations》
推薦理由
上篇文章介紹了ABAQUS通過CT或切片數(shù)據(jù)重建混凝土多組分三維細(xì)觀模型。本案例介紹采用CDP材料對(duì)三維重建的混凝土細(xì)觀模型進(jìn)行損傷斷裂數(shù)值模擬有限元分析。
ABAQUS模型重建完成后，在屬性里建立骨料、砂漿、ITZ材料參數(shù)，并替換截面內(nèi)原有的空材料，這里砂漿及ITZ可使用EasyCDP插件直接生成混凝土損傷塑性材料，由于不考慮骨料的損傷破壞，因此不必設(shè)置骨料的損傷參數(shù)
裂隙多孔介質(zhì)流固耦合-損傷模型
comsol-水力壓裂巖石損傷耦合模型 ，含裂縫制作代碼matlab。
comsol HM耦合模型 損傷模型 裂隙多孔介質(zhì)注入流體引起天然裂隙，巖石產(chǎn)生新?lián)p傷的數(shù)值模擬，內(nèi)含MATLAB 網(wǎng)裂縫函數(shù)及comsol模型。
<p class="ql-align-justify">本內(nèi)容基于韓林海的約束混凝土模型所制作的Excel，可用于將其輸入直接到ABAQUS中，用于建立鋼管約束混凝土型，具體如下：</p><p class="ql-align-justify">模型介紹：</p><p class="ql-align-justify">本模型基于<span style="color: rgb(25, 27, 31);"
功能梯度材料（FGM）作為一種新型復(fù)合材料，通過材料內(nèi)部成分或微觀結(jié)構(gòu)的梯度變化，優(yōu)化特定性能適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，被廣泛應(yīng)用于高溫防護(hù)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、生物醫(yī)學(xué)、光電設(shè)備等領(lǐng)域。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立功能梯度材料模型。
首先采用CAD 功能梯度材料2D插件建立大小呈現(xiàn)梯度分布的AutoCAD模型。
<p>本課程為分享課B1—基于GB50010-2010規(guī)范的混凝土塑性損傷本構(gòu)模型（表格與小程序），主要分享給從事鋼管混凝土、混凝土結(jié)構(gòu)研究的學(xué)生，科研工作者。</p><div contenteditable="false" width="100%"><figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202412/attachment
本文參考了十篇左右文章，基于Abaqus/Explicit，建立了復(fù)合材料漸進(jìn)損傷本構(gòu)模型并編寫了VUMAT子程序，包括彈性階段、基于應(yīng)力的三維HASHIN初始損傷準(zhǔn)則、線性損傷演化。計(jì)算流程如下圖所示。
圖1 整體計(jì)算流程
材料模型
1.1 彈性階段
其中， (i,j=1,2,3)為應(yīng)力分量， (i,j=1,2,3) 為應(yīng)變分量，Eii (i=1,2,3) 為拉伸模量
模型簡(jiǎn)介：
考慮熱流固-損傷耦合效應(yīng)，本案例建立了水力裂縫擴(kuò)展模型，假設(shè)材料楊氏模量和抗拉強(qiáng)度滿足weibull分布，邊界施加應(yīng)力條件，可運(yùn)用于如下場(chǎng)景：
1、干熱巖儲(chǔ)層壓裂，流體介質(zhì)可選擇水和二氧化碳，實(shí)現(xiàn)壓裂過程裂縫動(dòng)態(tài)擴(kuò)展模擬；
2、干熱巖儲(chǔ)層采熱開發(fā)，分析熱流固-損傷耦合效應(yīng)對(duì)采熱的影響；
3、深部頁巖儲(chǔ)層壓裂，實(shí)現(xiàn)水和二氧化碳?jí)毫蚜芽p擴(kuò)展模擬；
4、其他熱流固耦合問題。
部分研究結(jié)果圖
