應變軟化
關注創建者：匿名 創建時間：2022-02-15
應變軟化的視頻教程
ABAQUS，UHPC受壓受拉本構
UHPC本構，受壓和受拉本構(合集) 其中受拉本構參考四篇論文（兩篇CCC,一篇規范以及一篇建筑材料學報），其中三篇文獻能反應UHPC在受拉狀態下的彈性階段，應變硬化以及應變軟化階段，不同的是應變硬化階段，包括水平直線模型，上升段模型以及下降段模型 表格包含1個受壓本構，4個受本構
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應變軟化的實例教程
1 引言
如前所述，Mohr-Coulomb模型是最簡單的塑性模型[壓縮試驗模擬考慮的幾個問題(本構模型和NMD算法)]，不過，Mohr-Coulomb模型有兩個缺點：第一個缺點是不能顯示應力峰值后的殘余應力，第二個缺點是不能直接計算塑性應變。而采礦巖石力學需要考慮巖石破壞后的材料響應行為，典型的場景包括礦柱的屈服，自然崩落法以及充填采礦法，在這些場景中，當巖體加載到其峰值強度后，隨著應變的增加，強度在峰值后降低到一定水平的殘余應力，這個過程稱之為應變-軟化(Strain-Softening)。
2 應變軟化模型
應變軟化模型同時假定由于粘結力減少引起的脆性軟化以及由于內摩擦角減少的漸進軟化，通過table-cohesion和table-friction來表征這種軟化過程。在真實的工程模擬中，需要根據試樣試驗標定和校準這些數值。應變軟化模型實際上是Mohr-Coulomb的擴展，當table中的數據取得足夠大時，應變軟化模型就退化為Mohr-Coulomb模型。
展開 本文基于泥巖的三軸壓縮試驗曲線，建立考慮應變軟化特性的泥巖彈塑性本構模型，使用Abaqus及其子程序對泥巖的三軸壓縮試驗進行了數值模擬。泥巖在受壓過程中主要經過了5個階段，即壓密階段、彈性變 形、應變硬化、應變軟化、殘余階段。泥巖應變軟化模型如下所示。
式中，ξ為強度參數，ξp為峰值強度參數，ξr為殘余階段強度參數，η為應變軟化參數，η*為殘余階段的應變軟化參數初始值。對于三軸壓縮試驗，η用塑性剪切應變來表示
塑性屈服準則采用Mohr-Coulomb準則，則粘聚力和內摩擦角的參數演化可以用下式表示
在巖石的塑性變形過程中會產生比較明顯的剪脹現象，而用來描述這一現象的較常用的力學參數就是剪脹角 Ψ，
上述模型可以通過USDFLD子程序進行實現，流程圖如下
有限元模型如下圖所示
計算得到的應力云圖及不同圍壓下的載荷位移響應如下所示
參考文獻：張力偉,賈善坡,鄒江濤,舒婧曦.泥巖的峰后軟化力學模型.中國科技論文,2016,11(21):2456-2461
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展開 <p><strong>【注意】考慮到后臺咨詢較多，最新帖子更新了子程序與CEL建模的講解視頻，請大家按需購買</strong></p><p><a href="https://www.yqgqt.org.cn/post/1983546" rel="noopener noreferrer" target="_blank">基于CEL法的單樁基礎貫入過程模擬：考慮應變軟化與應變率效應_abaqus cel實例 ABAQUS二次開發-技術鄰</a></p><p>在abaqus軟件中基于<a href="https://www.yqgqt.org.cn/service/abaqus_cel" rel="noopener noreferrer" target="_blank">CEL</a>法的分層地基單樁基礎貫入過程模擬，通過編寫VUSDFLD子程序考慮了軟土的應變軟化效應與應變率效應。</p><p>以某海上風機項目為背景，為節約計算資源，建立了1/8模型。</p><p>附件包含CAE模型、應變軟化與應變率效應子程序，以及包含CEL法的建模、材料屬性設置、接觸關系設置等的資料以及一個演示視頻。
展開 本文基于泥巖的三軸壓縮試驗曲線，建立考慮應變軟化特性的泥巖彈塑性本構模型，使用Abaqus及其子程序對泥巖的三軸壓縮試驗進行了數值模擬。泥巖在受壓過程中主要經過了5個階段，即壓密階段、彈性變 形、應變硬化、應變軟化、殘余階段。泥巖應變軟化模型如下所示。
式中，ξ為強度參數，ξp為峰值強度參數，ξr為殘余階段強度參數，η為應變軟化參數，η*為殘余階段的應變軟化參數初始值。對于三軸壓縮試驗，η用塑性剪切應變來表示
塑性屈服準則采用Mohr-Coulomb準則，則粘聚力和內摩擦角的參數演化可以用下式表示
在巖石的塑性變形過程中會產生比較明顯的剪脹現象，而用來描述這一現象的較常用的力學參數就是剪脹角 Ψ，
上述模型可以通過USDFLD子程序進行實現，流程圖如下
有限元模型如下圖所示
計算得到的應力云圖及不同圍壓下的載荷位移響應如下所示
參考文獻：張力偉,賈善坡,鄒江濤,舒婧曦.泥巖的峰后軟化力學模型.中國科技論文,2016,11(21):2456-2461
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展開 在模型構建中，除考慮土體強度隨埋深的變化外，還引入了 應變軟化 與 應變率效應 兩個關鍵因素。應變軟化反映了土體在達到峰值強度后強度逐漸降低的特性，對預測貫入阻力和樁周土體擾動范圍具有重要意義。而應變率效應則考慮了土體在高速加載下強度和剛度隨加載速率的增加而提高的規律。這兩者在樁貫入問題中往往是同時存在的：軟化決定了樁入土后的長期穩定性，速率效應則主導了瞬時的動力響應。
通過研究，可以得到以下幾點主要認識：
軟化效應：若忽略，可能會高估貫入阻力，導致溜樁等事故發生。
速率效應：對貫入速度較大的情況，土體等效強度提升明顯，使樁貫入力顯著增大；但該效應在慢速貫入下相對有限。
相比傳統有限元方法，CEL模擬不僅能捕捉樁端土體的流動與回填現象，還能清晰展現樁周土體擾動區的形成與演化。提供了一個更接近實際工況的分析工具。
應用領域
樁體、軟土貫入儀器貫入過程等軟土大變形領域
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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。
E11T, E11C, E22T, E22C 和 GMS 為材料在對應強度下的應變，其控制材料各方向應力-應變曲線的軟化程度，能夠顯著影響應力-應變曲線中斜率的變化趨勢，需要謹慎設置。
SOFT 是一個有限元模型維數數值穩定性的數學意義上的參數，在物理層面上被稱為峰值縮減系數，能夠模擬失效區域周邊未失效單元的強度縮減行為。
在模型構建中，除考慮土體強度隨埋深的變化外，還引入了 應變軟化 與 應變率效應 兩個關鍵因素。應變軟化反映了土體在達到峰值強度后強度逐漸降低的特性，對預測貫入阻力和樁周土體擾動范圍具有重要意義。而應變率效應則考慮了土體在高速加載下強度和剛度隨加載速率的增加而提高的規律。這兩者在樁貫入問題中往往是同時存在的：軟化決定了樁入土后的長期穩定性，速率效應則主導了瞬時的動力響應。
注釋：
在金屬塑性加工過程中正向加載引起的塑性應變強化導致金屬材料在隨后的反向加載過程中呈現塑性應變軟化（屈服極限降低）的現象。這一現象是包辛格(J．Bauschinger)于1886年在金屬材料的力學性能實驗中發現的。
例如材料剛度為零或負（應變軟化）時，材料出現不穩定行為，AbaqUS 仿真往往無法收斂。</p><h3><strong style="color: rgb(12, 12, 12);">(3) 邊界非線性問題</strong></h3><p>接觸和摩擦等邊界條件的非線性變化，如接觸面的不穩定分離、顫振等，會中斷整體收斂速率的預測，導致求解發散。
研究表明，尺寸效應與虛擬網格尺寸敏感度一樣，會出現在因應變軟化而破壞的所有結構，包括由于壓縮或剪切造成的混凝土破壞。以往在含有應變軟化本構模型的有限元分析中，網格尺寸敏感度問題在文獻中很少報道，主要因為很少利用應變空間的塑性公式或損傷力學公式來 進行有限元計算。
圖 3 降雨導致非飽和土基質吸力的變化
（2）雨水導致邊坡土體軟化：降雨后，地下水位升高，水力坡度增大，造成滲透壓力的改變， 同時土體浸濕軟化（強度軟化和應變軟化），導致邊坡穩定性降低。
（3）地下水位的上升。一方面地下水滲流過程對土顆粒施加壓力，同時可使粒間易溶的膠結物流失，使顆粒間的粘聚力和內摩擦系數降低。
多數學者針對該部分本構進行修正，比如考慮再結晶的應變軟化，如下式，
當材料發生損傷時，滿足以下式子：
損傷起始的判定如下：
當滿足
時，材料進入損傷狀態，開始進行損傷演化。
包辛格效應：
在材料塑性加工過程中正向加載引起的塑性應變導致材料在隨后的反向加載過程中出現塑性應變軟化(屈服極限減少)的現象。這一現象是包辛格于1886年在金屬材料的力學性能實驗中發現的。當金屬材料先拉伸至塑性變形階段后卸載至零，再反向加載，即進行壓縮變形時，材料的受壓屈服極限比材料未經拉伸至塑性變形而直接進行壓縮的屈服極限明顯要小。
它通過將高斯積分點處的體積應變替換為單元的平均體積應變，實現了對應變的軟化處理，從而防止了體積鎖定的發生。這種選擇性減積分的策略可以在保證計算精度的同時，提高計算的收斂性和效率。
需要注意的是，B-bar方法并不能解決剪切鎖定問題，這是另一種常見的有限元分析問題。對于彎曲主導的問題，剪切鎖定可能導致結果的失真。因此，在處理這類問題時，用戶需要采用其他方法，如使用增強應變公式等。
