混凝土材料本構的案例
基于ABAQUS的混凝土損傷本構模型與LSDYNA的JHC本構模型分析與研究
1問題引出的意義
在土木行業中，鋼筋混凝土框架仿真模型是一種有限元重要仿真分析模型，基于混凝土框架結果的模型和分析有助于我們更好了解實際生產中的混凝土框架結構的力學響應行為，諸如框架的彈塑性變形、框架的損傷甚至框架的破壞失效。我們知道一個有限元模型的準確性與模擬材料的本構模型選取之間具有不可分割的直接關系，那么就有必要對常見描述混凝土材料的本構模型進行對比分析，這也是本案例實施的意義所在。
2研究問題描述
基于上述對混凝土本構模型的思考及筆者使用聯合仿真的經驗，對基于ABAQUS的非關聯流動法則混凝土損傷模型與基于ANSYS/LSDYNA軟件的JHC本構模型進行了理論上的分析，分別通過ABAQUS軟件建立了混凝土框架模型并使用對應損傷模型、使用LSDYNA建立混凝土材料的JHC模型，最后對比觀察材料的損傷分布效果。
3混凝土損傷本構模型分析
3.1基于ABAQUS的非關聯流動法則的混凝土損傷模型
在ABAQUS中，創建混凝土材料的本構模型是通過工具箱中的create material命令進行的。模型首先定義混凝土的基本彈性屬性，主要是彈性模量、泊松比、密度。之后再定義混凝土損傷塑性塑性，主要是膨脹角、塑性勢偏移量、雙軸受壓初始屈服應力與單軸受壓初始屈服應力比值、K值、黏度系數五個參數。這些參數通過查閱《混凝土結構設計規范》均可以得到準確的參數值。最后通過定義混凝土損傷系數完成整個混凝土本構模型的建立，綜上，得出的混凝土材料的本構參數如表1所示。本文以已經建立的鋼筋混凝土框架模型為例，在ABAQUS中對其進行混凝土材料本構參數的操作如圖1所示。
展開 混凝土塑性損傷本構生成程序
本帖最后由 sunshine.zhou 于 2014-11-19 18:07 編輯
附件是混凝土材料塑性損傷本構生成程序。本構模型目前引入了兩種：
1.GB50010-2010規范推薦的混凝土應力應變關系，適用于C80以下的混凝土；
2.丁發興-余志武推薦的統一本構關系，適用于C140以下的混凝土。
同時引入了三種混凝土損傷因子計算方法
1.Sidoroff能量等效原理計算方法
2.圖解法
3.混凝土規范GB50010-2010附錄推薦方法
規范給出的損傷定義與ABAQUS中的損傷定義不同，但可以利用其關系轉化。另外規范沒有給出受拉損傷計算方法，這里參照受壓損傷計算方法給出了受拉損傷的計算方法。
該程序可以輸出以工程應力應變關系取得的ABAQUS本構，也可以輸出以真實應力應變關系取得的ABAQUS本構。
建議采用后者。不過兩者影響差別較小。
CreatMaterial_BySunshineChow[2014-11-19].rar
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ABAQUS網格大小對混凝土本構模型影響的案例分析 附Abaqus混凝土材料模型解讀與參數設置 V2
不知道大家在做混凝土的有限元模擬時有沒有想過一個問題，我們輸入的混凝土本構和模型表現出來的本構是一樣的嗎？網格大小又對模型表現出來的本構有怎樣的影響呢？
本文就以ABAQUS模擬棱柱體混凝土試塊為例，混凝土強度等級為C110，棱柱體尺寸為100mm*100mm*300mm。（就是我們平常做高強混凝土軸心抗壓強度試塊的尺寸）
模擬數據
本文采用受壓本構數據如下：
本文采用受拉本構數據如下：
模擬時網格分別設為10mm、30mm、50mm和90mm。
加載方式采用在參考點處施加位移的方式，設置參考點與棱柱體頂面耦合。
邊界條件設置為與實際試塊加載的約束條件相同。
模擬結果
模擬得到的力和位移數據經過處理，可以得到應力和應變關系曲線，如下圖。
從模擬結果來看，網格大小確實對混凝土本構有影響。
1，整體趨勢來看，網格越小，混凝土模型表現出的抗壓強度越大，峰值應變越小，達到峰值后承載力下降越快，相當于混凝土越脆。
2，網格10mm和網格30mm的本構基本完全相同，但10mm網格的計算時間是30mm的8倍。因此采用10mm的網格不太經濟。
3，網格10mm和網格30mm的本構峰值強度比原始本構下降6.6%，網格50mm的下降了10.5%，網格90mm的下降了11.7%。下降幅度倒是差別不大。
所以網格的大小確實會影響模型的響應，導致其表現出的本構與實際不同。
下載地址：Abaqus混凝土材料模型解讀與參數設置 V2
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根據附錄C.2.1節，混凝土的抗壓強度及抗拉強度的平均值由下列公式計算：
其中混凝土強度的變異系數依據附錄C.2.1節中的表2取用。
混凝土材料的彈性模量根據4.1.5節以其強度等級值按照下列公式計算：
由附錄C.2.2節，混凝土本構模型適用于混凝土強度等級C20~C80；混凝土質量密度2200kg/m3~2400 kg/m3;正常溫度、濕度環境；正常加載速度等條件。現有混凝土的強度和應力-應變本構關系大都是基于正常環境下的短期試驗結果。若結構混凝土的材料種類、環境和受力條件等與標準試驗條件相差懸殊，則其強度和本構關系都將發生不同程度的變化。例如，采用輕混凝土或重混凝土、全級配或大骨料的大體積混凝土、齡期變化、高溫、截面非均勻受力、荷載長期持續作用、快速加載或沖擊荷載作用等情況，均應自行試驗測定，或參考有關文獻作相應的修正。
軟件功能
參數模式可選擇“標準”、“專業”兩種模式。當選擇“標準”參數模式時，僅需要設置混凝土“強度等級”及“強度代表值”參數即可繪制依據《混凝土結構設計標準》計算的單軸受壓/受拉應力應變曲線；當選擇“專業”參數模式時，需自行指定插件中的所有參數，以實現個性化定制的應力應變曲線。
強度等級參數可選擇C15~C80之間的混凝土強度等級。但由于《混凝土結構設計標準》在2024局部修訂版本中刪除了C15強度等級的相關規定，且在附錄C.2.2節中規定混凝土本構模型適用的混凝土強度等級為C20~C80，因此不建議采用本軟件在標準參數模式下生成的抗壓強度低于20MPa的混凝土應力應變曲線。
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在讀研三，參考多篇博士碩士相關論文，得到的鋼管混凝土本構關系，經過多次計算結果較為滿意，
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LS-DYNA巖石/混凝土爆炸與沖擊相關的本構材料參數 ￥49.99
II_R13.pdf
上面的文件是LS-DYNA材料關鍵字手冊。本人閱讀并收集了大量文獻中的巖石/混凝土本構參數供參考，包括常用的RHT模型、HJC模型、JH-2模型、PK模型等，多數取自近幾年的SCI/EI論文，包括多個種類的巖石/混凝土（各個強度等級混凝土、花崗巖、砂巖、煤巖、石灰巖、礦石、矽卡巖、白云巖、板巖、煤巖、綠砂巖、白砂巖、紅砂巖、灰砂巖、玄武巖、灰砂巖、大理巖、角巖、軟巖、土壤炮泥等等），并且模板會持續更新。
另外，也提供了爆炸仿真時多個品種的炸藥、玻璃材料、陶瓷材料、沖擊仿真時需要用的金屬彈丸材料等。
目前模板中約有40套材料參數。爆炸沖擊模擬時直接套用即可，十分方便。閱讀到新的論文用到了相關本構，參數模板會持續更新，目前最新更新版本為2024.6.27，附件包括參數模板和模板使用教程，模板已按照K文件關鍵字格式輸好，直接復制即可使用。
單位制g-cm-微秒，部分截圖如下：
更新日志：
2022.2.20 新增1組HJC參數、1組RHT參數、3組JH-2參數
更新日志：
2022.3.21 新增3組RHT參數、2組HJC參數、3組CSCM參數（含玄武巖）、聚乙烯和合金參數
更新日志：
2022.10.11 新增5組RHT參數、4組HJC參數、2組CSCM參數、1組玻璃JH-2參數、PK本構的PVC參數
2024.6.27 新增5組RHT參數、7組HJC參數、3組PK參數，包括礦石、矽卡巖、白云巖、板巖、煤巖、綠砂巖、白砂巖
展開 啥叫“約束混凝土”，你懂么？ 附約束混凝土Mander本構計算表格下載
下載地址：約束混凝土Mander本構計算表格
LSDYNA鋼筋混凝土結構/構件爆破/爆炸倒塌本構材料參數——持續更新ing ￥88
2026.3.29更新
以下材料本構，均為自己平時查看相關文獻以及幫助碩博研究生多輪測試模型總結出的材料本構參數，可以很好的適用于框架結構、框剪結構，剪力墻結構、冷卻塔、煙囪、水塔、橋梁等。鋼筋混凝土/巖石材料參數包含以下6中常用本構：（
1.*MAT_PLASTIC_KINEMATIC（MAT_003混凝土/鋼筋）自帶失效；2.*MAT_CONCRETE_DAMAGE_REL3_TITLE（MAT_72R3KC本構）可看損傷；3.*MAT_BRITTLE_DAMAGE（MAT_96混凝土）整體式模型；4.*MAT_JOHNSON_HOLMQUIST_CONCRETE（MAT_111巖石HJC）可看損傷；5.*MAT_CSCM_CONCRETE（MAT_159混凝土）可看損傷/擬靜力；
6.*MAT_RHT（MAT_272混凝土RHT）可查看損傷/沖擊荷載），以下將對以上列出的本構進行詳細說明，并且提供專用K文件材料本構模板，直接導入參數即可（注意單位轉換）
后續我會把之前各種倒塌動畫放上來，對應用的是那種本構也會一一對應上來
單位制轉換↓↓：
推薦首行和尾行單位制設置
多個K文件同時導入設置方法
MAT159本構C30簡單參數設置
MAT159本構C20詳細參數設置
mat3參數詳解示例
展開 
鋼材二、三、四、五折線本構（附送鋼管混凝土本構） ￥5
【Abaqus本構】看視頻制作的鋼材的二折線、三折線、四折線、五折線本構。參考自文獻：鋼管混凝土局部受壓時的工作機理研究、鋼管混凝土結構三維非線性有限元分析和設計理論的研究、Finite element modelling of concrete-filled steel stub columns underaxial compression。紅色字體為手動輸入（屈服應力和楊氏模量）；鋼材塑性直接復制綠色填充區域即可。
2025/11/29：
今天上來一看有同學買了，所以我有興趣在原有文件基礎上，做了一些調整，可以讓大家更好的使用這個本構，主要做出了以下修改：
1??原有二折線本構的極限應變取得不高，我這次改到了100倍的屈服應變。
2??原有的幾種本構取的點數太多了，其實不需要太多的點數，本構取點太多會導致模型計算量大，少取一些點對模型結果基本沒影響，abaqus軟件會自動在兩個點之間取插值。所以我給出了建議的取點，大家可以直接使用我建議的取點數就行。
3??好多人用五折線本構是用于鋼管混凝土的模型計算的，有鋼材本構而沒有混凝土本構還得麻煩大家去找混凝土的，所以我又附送了一個鋼管混凝土的混凝土的本構。
4??新增了參考文獻來源：
[1]劉威.鋼管混凝土局部受壓時的工作機理研究[D].福州大學,2005.
[2]盧明奇.鋼管混凝土結構三維非線性有限元分析和設計理論的研究[D].天津大學,2005.
展開 求一份Q235損傷本構，鋼管約束混凝土c40本構
求一份Q235損傷本構，鋼管約束混凝土c40本構，謝謝！
ABAQUS混凝土損傷塑性模型損傷因子對本構關系影響 附c40~c45混凝土損傷因子ABAQUS輸入
但是ABAQUS塑性損傷模型除了能模擬單調加載的混凝土行為外，更重要的功能就是模擬循環、動態荷載下的混凝土反應，在結構的抗震性能分析能起到很好的作用。
在動荷載作用下，混凝土在受力過程中拉伸和壓縮都會產生損傷造成的裂縫開展，從而導致材料剛度退化。CDP 模型就假定混凝土材料主要因為拉伸開裂和壓縮破碎而破壞，拉伸和壓縮采用不同的損傷因子來描述這種剛度退化，詳見圖 1、圖 2。
圖中E0是材料初始未受損的彈性剛度。損傷變量dc和dt分別為壓縮和拉伸條件下的損傷因子，表示彈性剛度的退化。損傷后的彈性模量為（1-dc）E0，或（1-dt）E0。損傷因子dc或dt=0時表示沒有損傷，dc或dt=1時表示材料失去強度。
那么混凝土的塑性損傷本構模型中的損傷因子到底對混凝土的應力-應變曲線有什么影響呢？讓我們采用100mm*100mm*300mm的混凝土棱柱體模型來做個測試看一下。
依然采用C110級混凝土的本構關系，混凝土的屈服應力和非彈性應變表格如下。子選項中損傷參數和非彈性應變關系的表格也在圖中給出。
但是注意上圖中紅色框部分默認是不填的，即下圖中的混凝土壓縮損傷——拉伸恢復因子wt，混凝土拉伸損傷——壓縮復原因子wc，默認是不填的。
因為CDP模型假定混凝土從拉伸到壓縮時裂縫會閉合，剛度會恢復；從壓縮到拉伸時裂縫仍然存在，剛度不會恢復。因此在ABAQUS中不填的話默認wt(拉伸剛度恢復因子)=0，wc(壓縮剛性恢復因子)=1.
下圖為損傷因子和剛度恢復因子在混凝土載荷循環中對混凝土本構模型的影響。
展開 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
注意：這里對比的是加載點的位移-反力曲線，很多小伙伴會提取模型外力，然后除以初始橫截面積，這個應力是名義應力，拿這個和輸入的材料參數（真實應力-應變曲線）進行對比，是不嚴謹的。當然，如果模型沒有定義幾何非線性（Negeom=No）時，模型輸出的名義應力=真實應力。
【圖四】
帶圍壓的壓縮模型（右側）、選擇平面應變單元，對比模型圍壓的影響。
曾經在課程中說過CDP的本構模型，重點提到了本構的靜水壓力相關性，但并沒有給出直觀的對比曲線，所以大家印象不深刻，還是會提出諸如：為什么單元應力比定義的屈服強度還大的問題。
結論：
該模型每增加2MPa圍壓，混凝土強度增加近10MPa，因此圍壓對CDP材料的屈服強度有極大影響。在復雜的工況作用下，單元往往都會受到周邊混凝土或鋼筋的限制，因此超過單軸抗壓強度也就不足為怪了。
正因為CDP模型對圍壓極其敏感，很多小伙伴會發現單元的應力應變曲線在后期會出現增大的現象，為了印證這一點，大家可以查看單元應力輸出中的Pressure組合量的變化趨勢。
不知道大家是否能回答最開始的那幾個問題了？最后發布一條訊息：POLARIS_CDP插件升級到V2.3版本，更新內容如下：
極限應力改為峰值應力，并將其默認值顯示在輸入框中，且會將隨彈性模量和強度的變化而變化；
應力應變曲線不與損傷數據一起截斷，取截斷應力為峰值應力的百分之一；
規范生成失敗的提示信息。
修改的內容不影響原有插件使用，主要提高插件的適應性和友好性，需要更新的小伙伴請盡快和我聯系（需提供技術鄰購買記錄和信息）。
下載地址：2010規范用C50混凝土損傷塑性本構關系數據
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