土體本構模型的案例
基于Plaxis 2D的HSM模型在基坑開挖中的應用
基坑開挖數值分析中的一個關鍵問題是選取一個合適的土體本構模型。而通過對基坑開挖過程中土體的主要應力變化路徑進行分析，發現模擬開挖條件下的土體本構模型應能合理考慮土體變形特性的應力路徑相關性和壓硬性。Hardening Soil Model 采用了不同的加荷與卸荷模量，能夠反映土體應力路徑的影響，且考慮了土體模量的應力水平相關性，能預測得到較合理的坑壁側移、地表沉降以及支護結構的內力，因而建議采用Hardening Soil Model進行基坑開挖數值模擬分析。
Hardening Soil Model 介紹
Hardening Soil Model (HSM)是Schanz等提出的一種以塑性理論為基礎的雙屈服面模型。該模型的應力-應變關系采取了Kondner等建議的雙曲線形式，如圖1所示。塑性部分采取了各向同性的硬化準則，可同時考慮剪切硬化和壓縮硬化，該模型采用了 Mohr-Coulomb 準則來描述土體的破壞行為。
展開 土-樁-隔震結構 多尺度耦合動力響應分析
本文的研究思路將從材料本構模型的驗證出發，從結構構件到隔震支座，最后再到整體結構，對這幾個部分的動力響應進行研究。
3 材料本構及構件模型解讀與分析
3.1地基土體
當前由研究人員所提出的每種土體本構模型僅能夠反映土的某一類或幾類現象，具有一定的應用范圍和局限性。對于樁－土－隔震結構這一耦合體系的動力相互作用，涉及到上部結構、隔震層、地基等多種因素，再加上復雜的土體性質，土體本構模型需有針對性的選用。
在<a href="/major/<a href="/major/<a href="/major/ABAQUS 中常用的土體本構模型包括：線彈性模型、DC模型（應力應變關系見圖1-1）、Mohr-Coulomb模型（屈服面見圖1-2），Drucker-Prager模型等。由于現有的土體本構模型無法滿足土體所有特點，需根據所研究問題選取合適的土體本構和計算參數。本文以常見的均勻土層作為地基土，采用ABAQUS中以粘彈性理論為基礎的等效線性模型，盡管仍有不足，但該模型是基于大量實驗結果歸納得到，形式簡單直觀，適用于考慮樁-土耦合對隔震結構動力響應的初步分析。
圖1-1 DC模型關于三軸試驗的應力- 應變關系
圖1-2 主應力空間中的 MC 屈服面
3.2混凝土
當遭遇強烈地震作用時，結構將進入非線性階段，其材料特性發生較大改變，若只進行線彈性分析則所得結果有較大誤差，因此建筑結構的時程分析應考慮材料的非線性特性。
展開 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
圖1混凝土材料本構參數設置
分析：在損傷系數的定義中，應特別注意以下幾點，
1.ABAQUS的混凝土損傷本構模型采用的是非關聯的流動法則，其中系數Dilation Angle，即膨脹角控制著塑性勢函數開口的大小。膨脹角越小，材料越容易破壞，那么相應的結構計算機構就偏向安全，但膨脹角越小就越不容易收斂。因此，膨脹角的取值應當適中，本案例中混凝土本構參數中的膨脹角取值一般在30~35之間，取30。
2.Eccentricity（塑性勢偏移量）決定了塑性勢函數趨近其漸近線的速率。該參數的引入主要是為了保證塑性勢函數的連續、光滑及塑性勢函數在頂點處的可導性。本案例取值0.1。
3.Viscosity Parameter（黏度系數）是為了使材料模型在軟化階段更容易收斂，仍然保持0.1。
3.2基于ANSYS/LSDYNA的混凝土JHC損傷本構模型
對于混凝土材料的本構模型眾多學者進行了深入分析研究以期望獲得一個更加準確描述混凝土材料在壓縮拉伸等力學變化過程中的斷裂行為。除去上述本構損傷模型以外，還有一種專門用來描述混凝土材料的本構模型JHC本構模型。然而，Abaqus自帶的材料模型中并沒有JHC本構，其提供了內置的子程序以供調用。為方便分析進行，本文借助LSDYAN平臺對該本構模型各參數含義進行分析以了解此種本構模型的優勢之處，LSDYNA中對該JHC本構參數的定義界面如圖2所示。JHC本構模型是LSDYNA軟件材料庫中常用于模擬脆性材料的方程之一，尤其是方程中對材料的逐漸累積損傷的計算使得其能夠準確模擬脆性材料的大變形、高應變率效應問題。JHC本構包括應力應變模型、損傷失效模型、靜水壓力模型以及多項式狀態方程[1-2]。
展開 結構分析的常用本構關系（本構模型）
微信 leslie_wj
01 本構關系的定義
本構關系屬于材料的屬性，其實就是材料的應力應變關系，也就是內力和變形的關系。
02 線彈性本構：彈性，并且應力和應變線性相關。
03 非線性彈性本構：彈性，應力和應變非線性相關。
04 理想彈塑性本構：彈性階段應力和應變線性相關，塑性階段應力保持不變。
05 線性強化彈塑性本構：彈性階段應力和應變線性相關，塑性階段應力和應變線性相關。
06 剛塑性本構：彈性可忽略。
abaqus模擬隧道開挖，土體采用修正劍橋本構 ￥50
使用abaqus模擬隧道分階段開挖，土體開挖一層襯砌激活一層，土體本構采用修正劍橋本構，模型部分設置和結果見圖片
一個有意思的材料本構模型設計方案，拉伸變形采用von Mises屈服，壓縮側 cap屈服本構模型設計。
分享這個代碼的主要原因：一方面，它很適合做玻璃、非晶材料、壓痕問題中的壓力敏感塑性分析；另一方面，它也是學習 cap 模型、致密化硬化和隱式本構積分的一個很好的范例。論文結果表明，這一模型能夠較好復現實驗載荷—位移曲線以及壓痕致密化分布，不過需要明確指出的是，當前模型暫時還沒有考慮剪切硬化，因此更適合用于理解“壓痕致密化”這一核心機制，而不是直接覆蓋所有復雜失效問題。作為一份用于科研復現和二次開發的代碼，我覺得它很有參考價值。
abaqus群樁模型 ￥15
第一步 殺死群樁 承臺 加重力 地應力平衡
第二步 加承臺
樁與土體面面接觸，承臺與群樁綁定，樁為管樁
土體本構模型 摩爾庫倫
模型版本為2017，附件有cae，inp文件。
約束混凝土cdp塑性損傷本構，mander混凝土本構模型 ￥10
約束混凝土本構，mander混凝土本構，自己做的箍筋約束方柱和圓柱本構模型，表格只要輸入相關參數，自動生成ABAQUS塑性損傷本構關系。
YLD2004本構模型 ￥199
其主要應用場景包括以下幾個方面：
車身設計：YLD2004模型可用于描述汽車車身零部件的各向異性塑性行為，進行強度、剛度和疲勞壽命等方面的分析和設計。
金屬成形加工：YLD2004模型可用于描述金屬材料的塑性變形行為，進行成形加工過程的模擬和優化。
建筑結構設計：YLD2004模型可用于描述鋼結構的各向異性塑性行為，進行結構的強度、穩定性和疲勞壽命等方面的分析和設計。
航空航天領域：YLD2004模型可用于描述航空航天結構材料的各向異性塑性行為，進行結構的強度、穩定性和疲勞壽命等方面的分析和設計。
其他領域：YLD2004模型還可用于其他領域的金屬材料塑性分析和設計，例如機械制造、電子設備等領域。
YLD2004模型模型包含18個材料參數用于確定屈服面，以及其他參數去頂硬化和加卸載等：
這些參數需要通過試驗或數值模擬獲得。其中，確定屈服面參數需要進行單軸拉伸、單軸壓縮、剪切等試驗；確定硬化規則參數需要進行多次加載和卸載試驗以測定材料的塑性硬化行為；確定加載面參數需要進行不同方向的應力應變試驗。
而更精確的模擬往往以更高的數值計算為代價，通過原始模型結合線搜索可以實現更快的數值收斂
以YLD2004為本構模型進行單向拉伸加載模擬，結果取下：
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Abaqus橡膠本構模型選擇
圖
6
試驗數據本構模型識別
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7
選擇可能的本構模型
其中，圖7中Test setup項可以默認；后面一個是可能相關的本構模型，可以根據數據大體判斷勾選。然后點擊OK開始根據數據進行本構模型識別。
4、在計算完成之后，會出現兩種結果，如圖8~圖10所示。
圖
8
根據數據擬合的曲線
圖
9
不同本構模型的識別結果
1
圖
10
不同本構模型的識別結果
2
由圖8可知試驗數據與不同本構模型的曲線相似度，圖9和圖10可直接判斷哪個本構模型更合適，如圖9的unstable可能不如圖10的stable本構模型合適。
然后再回到圖4中，在strain energy potential中下拉選擇比較合適的本構模型即可。
三、其他說明
需要補充幾點說明：
1、當材料行為是不可壓縮（泊松比=0.5）或非常接近于不可壓縮（泊松比＞0.475）時，則不能用常規單元來模擬（平面應力情況除外），因為此時單元中的壓應力是不確定的；
2、如圖11所示，考慮均勻靜水壓力作用下的一個單元，材料若不可壓縮，則其體積在均勻壓力作用下并不改變，單元內部的變形是非確定量，壓應力無法由單元內部積分點處的應變得到，或者無法從節點位移得到節點力；
圖
11
承受靜水壓力下的單元
3、對于具有不可壓縮材料性質的任何單元，一個純位移的數學公式是不確定的。Abaqus中采用雜交單元來處理，雜交單元包含一個可直接確定單元壓應力的附加自由度。
展開 ABAQUS umat 非線性混合硬化本構模型（Chaboche 硬化模型 ） ￥239
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展開 橡膠的本構模型和參數
請問用abaqus分析橡膠的常用本構模型有哪些？材料參數大概是個什么范圍？
Johnson-cook 本構模型 的umat子程序 ￥299
Johnson-Cook 材料模型及失效模型。一般用于描述大應變（large strains）、高應變率（high strain rates）、高溫（high temperatures）環境下金屬材料的強度極限以及失效過程。在Johnson-Cook強度模型中，屈服應力（yield stress）由應變、應變率以及溫度決定。
屈服應力的表達式為：
其中，A,B,N,M是材料參數，epsilon_pl是等效塑性應變，θ_m是無量綱的溫度，定義為：
其中θ是當前溫度，θ_melt是材料的熔融溫度，θ_transition是轉變溫度，定義為屈服應力不依賴于溫度的轉變溫度。材料參數A、B和n必須在轉變溫度或低于轉變溫度時測量。材料參數m應基于高于轉變溫度的測量值來確定，如果指定零值或未指定m值，則忽略σ0的溫度相關性，當θ≥θ_melt時，材料將熔化，并表現為流體；由于σ0=0，因此不會有剪切阻力。通過將等效塑性應變設置為零，將消除硬化記憶。如果為模型指定了背應力，這些背應力也將設置為零。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，熔化溫度將嚴格用于定義硬化函數。否則，硬化記憶將在熔化溫度下自動移除。如果材料點的溫度在隨后的時間點低于退火溫度，則材料點可以再次加工硬化。同時該模型可以考慮應變率效應，即等效應力表示為
等效塑性應變表示為
epsilon_0和C是材料參數。考慮應變率的Johnson-cook塑性本構模型可以寫為
以上塑性本構模型可以在顯式和隱式中進行定義，但動態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變率變形，Johnson-cook動態失效模型，基于單元積分點處的等效塑性應變值；假設當損傷參數超過1時發生失效。
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