塑性損傷模擬
關(guān)注創(chuàng)建者：砂石篩分也不難 創(chuàng)建時(shí)間：2018-07-10
塑性損傷模擬的視頻教程
ABAQUS-鋼筋混泥土梁CDP（混泥土損傷塑性）模擬
本案例基于ABAQUS/Standard模擬了鋼筋混泥土梁CDP（混泥土損傷塑性）受壓模擬，混泥土采用CDP材料本構(gòu)模型，鋼筋以Embeded 約束嵌入混泥土中，施加位移載荷，輸出應(yīng)力應(yīng)變位移云圖，混泥土輸出壓縮拉伸損傷云圖。
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【入門案例01】abaqus鋼筋混凝土構(gòu)件受力模擬（CAD交互建模+塑性損傷模型定義）
經(jīng)過本課程學(xué)習(xí)，你將獲得： 1、混凝土塑性損傷本構(gòu)模型的定義、參數(shù)含義及用法； 2、CAD與abaqus交互建模的實(shí)操技巧； 3、鋼筋混凝土構(gòu)件建模的基本流程與簡便建模技巧（partition、datum等）； 4、相互作用（tie、coupling、embeded等）的用法，含義，與實(shí)操技術(shù)； 5、位移加載與邊界條件定義的方法； 以上等等。
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塑性損傷模擬的實(shí)例教程
參考應(yīng)變率：ε0
當(dāng)滿足下列條件時(shí)，損傷初始化準(zhǔn)則得以滿足：
等效塑性應(yīng)變認(rèn)為與應(yīng)力三軸度和應(yīng)變率相關(guān)聯(lián)。
θ^是無量綱溫度，表示為：
其中，θ是當(dāng)前溫度，θ-melt是熔化溫度，θ_transition是指轉(zhuǎn)變溫度，在該溫度或低于該溫度時(shí)，損傷應(yīng)變?chǔ)舙l_D的表達(dá)式不存在溫度依賴性。材料參數(shù)必須在轉(zhuǎn)變溫度或低于轉(zhuǎn)變溫度時(shí)測量。
損傷的發(fā)展可以公式化為:
公式中分母表示單元失效對(duì)應(yīng)的Johnson-cook等效塑性應(yīng)變，公式為：
分子表示為等效塑性應(yīng)變?cè)隽浚綖椋?公式中可以看到，損傷隨著塑性應(yīng)變的增大不斷累積，直至材料的失效，通過損傷變量進(jìn)一步與晶體材料的屈服面或者彈性性能的退化可以實(shí)現(xiàn)材料彈-塑-損傷的耦合模擬，當(dāng)不對(duì)其進(jìn)行耦合時(shí)，可以用來判斷材料的失效狀態(tài)與相關(guān)參數(shù)的關(guān)系。
參考文獻(xiàn)：《Crystal plasticity finite element modeling and simulation of diamond cutting of polycrystalline copper》編寫對(duì)應(yīng)的材料子程序。在huang晶體塑性程序的基礎(chǔ)上，調(diào)用johnson-cookd損傷函數(shù)，編寫過程中，需要自定義響應(yīng)的狀態(tài)變量，如等效塑性應(yīng)變，等效塑性應(yīng)變率，損傷變量，以及是否進(jìn)行損傷單元的刪除分析。其中等效塑性應(yīng)變?cè)隽康挠?jì)算，通過滑移系統(tǒng)的分切應(yīng)力與對(duì)應(yīng)滑移系統(tǒng)剪切應(yīng)變的乘積絕對(duì)值之后與等效應(yīng)力的比值獲得。并最終實(shí)現(xiàn)損傷的表征，采用umat子程序進(jìn)行編寫。
展開 有限元模擬是一種通過將復(fù)雜結(jié)構(gòu)離散化為有限個(gè)簡單單元，從而進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的方法。在鋼筋混凝土梁的塑性損傷研究中，這一方法能夠詳細(xì)分析結(jié)構(gòu)在不同荷載條件下的力學(xué)行為，并預(yù)測損傷的發(fā)生和發(fā)展過程。基本原理包括有限元離散化，即將連續(xù)的梁結(jié)構(gòu)分割成小單元，以及數(shù)值計(jì)算方法，通過計(jì)算機(jī)模擬各單元之間的力學(xué)響應(yīng)。
塑性損傷模型是有限元模擬中的核心部分，它通過引入損傷因子來描述混凝土材料在受到拉伸或壓縮荷載時(shí)的塑性變形和損傷演化。常用的損傷因子包括裂縫寬度因子、損傷變量因子和損傷積累因子，這些因子能夠量化混凝土內(nèi)部的裂紋狀態(tài)及其力學(xué)性能的變化。例如，裂縫寬度因子用于描述混凝土裂縫的演化情況，而損傷積累因子則反映整個(gè)荷載過程中材料的累積損傷。
在有限元模擬中，首先需要建立準(zhǔn)確的鋼筋混凝土梁模型，包括幾何形狀、材料屬性和邊界條件等。隨后，通過數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理，獲取模擬所需的各項(xiàng)參數(shù)。特征提取與降維技術(shù)則有助于從大量數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵信息，提高模擬的效率和準(zhǔn)確性。損傷分類方法則用于根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)梁的損傷程度進(jìn)行評(píng)估和分類。
展開 但是ABAQUS塑性損傷模型除了能模擬單調(diào)加載的混凝土行為外，更重要的功能就是模擬循環(huán)、動(dòng)態(tài)荷載下的混凝土反應(yīng)，在結(jié)構(gòu)的抗震性能分析能起到很好的作用。
在動(dòng)荷載作用下，混凝土在受力過程中拉伸和壓縮都會(huì)產(chǎn)生損傷造成的裂縫開展，從而導(dǎo)致材料剛度退化。CDP 模型就假定混凝土材料主要因?yàn)槔扉_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(shí)表示沒有損傷，dc或dt=1時(shí)表示材料失去強(qiáng)度。
那么混凝土的塑性損傷本構(gòu)模型中的損傷因子到底對(duì)混凝土的應(yīng)力-應(yīng)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(gè)測試看一下。
依然采用C110級(jí)混凝土的本構(gòu)關(guān)系，混凝土的屈服應(yīng)力和非彈性應(yīng)變表格如下。子選項(xiàng)中損傷參數(shù)和非彈性應(yīng)變關(guān)系的表格也在圖中給出。
但是注意上圖中紅色框部分默認(rèn)是不填的，即下圖中的混凝土壓縮損傷——拉伸恢復(fù)因子wt，混凝土拉伸損傷——壓縮復(fù)原因子wc，默認(rèn)是不填的。
因?yàn)镃DP模型假定混凝土從拉伸到壓縮時(shí)裂縫會(huì)閉合，剛度會(huì)恢復(fù)；從壓縮到拉伸時(shí)裂縫仍然存在，剛度不會(huì)恢復(fù)。因此在ABAQUS中不填的話默認(rèn)wt(拉伸剛度恢復(fù)因子)=0，wc(壓縮剛性恢復(fù)因子)=1.
下圖為損傷因子和剛度恢復(fù)因子在混凝土載荷循環(huán)中對(duì)混凝土本構(gòu)模型的影響。
展開 混凝土規(guī)范上把混凝土本構(gòu)用分段函數(shù)來表達(dá)的，有上升段和水平段，極限壓縮應(yīng)變?yōu)?.0033（日本0.0035，與中國規(guī)范上升段化簡后一樣）如下圖：
中國規(guī)范：
日本規(guī)范：
而實(shí)際上混凝土本構(gòu)包含上升段和下降段，特別對(duì)于下降段，混凝土內(nèi)裂縫逐漸發(fā)展，卸載時(shí)彈性軟化，非線性彈性和彈塑性理論很難描述這一特性。
損傷模型可以考慮由于損傷積累而導(dǎo)致裂縫逐漸擴(kuò)展，從而導(dǎo)致混凝土剛度軟化。混凝土塑性損傷模型可以用來分析混凝土結(jié)構(gòu)在低周往復(fù)荷載和動(dòng)載作用下，混凝土微觀損傷導(dǎo)致剛度軟化的模擬.
abaqus里CDP-model的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可以采用《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄C給出的本構(gòu)關(guān)系（如下圖）：
本次模擬采用C50,具體參數(shù)如下：
與規(guī)范應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系對(duì)比圖（模擬的不太理想，以后改進(jìn)）：
混凝土受壓卸載時(shí)剛度軟化示意圖如下:
本次abaqus模擬的混凝土試件往復(fù)加載卸載受壓時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系履歷如下圖所示，無損傷混凝土卸載剛度與初始彈性模量一致（綠色），也是我們通常的處理方式，而考慮損傷的混凝土卸載剛度變小，且隨著塑性應(yīng)變的發(fā)展，剛度越來越小（黃綠色，圖中斜線方便觀察剛性斜率而設(shè)）。
來源：有限元仿真
展開 混凝土的細(xì)觀結(jié)構(gòu)決定著其宏觀破壞行為，對(duì)混凝土在結(jié)構(gòu)尺度上采用細(xì)觀模型將導(dǎo)致巨大的計(jì)算量而難以實(shí)現(xiàn)，表征體元（?REV）?方法可選取一定的平均范圍來描述混凝土的性質(zhì)和行為，這對(duì)于理解和模擬混凝土的損傷機(jī)理至關(guān)重要。
本案例在Abaqus內(nèi)采用Random Sphere RVE 3D（Mesh）V1.0 – AbyssFish插件進(jìn)行建模，建立的混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)代表性體積單元(Representative Volume Element, RVE)在幾何上具備周期性邊界條件(Periodic Boundary Conditions, PBC)，包含砂漿、骨料-水泥界面過渡區(qū)(Interfacial Transition Zone, ITZ)、骨料三相材料。
案例中砂漿采用混凝土塑性損傷本構(gòu)模型(Concrete Damaged plasticity Model, CDP)，骨料-水泥界面過渡區(qū)采用弱化的砂漿模型。
對(duì)代表體單元施加單軸壓縮荷載工況，對(duì)模型提交分析并查看結(jié)果。
從模擬結(jié)果反映出混凝土的損傷首先發(fā)生在骨料與水泥的界面過渡區(qū)，并向沿著界面過渡區(qū)向砂漿基體周圍擴(kuò)散。
編輯
混凝土表征體單元最終會(huì)因產(chǎn)生貫穿裂紋而發(fā)生破壞。
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塑性損傷模擬的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
塑性損傷模擬的最新內(nèi)容
文章名稱《Concurrent multi-scale crush simulations with a crystal plasticity model》
DOI：10.1016/j.tws.2011.12.019
在汽車防撞梁、吸能盒和薄壁管結(jié)構(gòu)中，壓潰吸能能力直接影響結(jié)構(gòu)安全性。傳統(tǒng)有限元分析通常采用各向同性塑性模型，通過宏觀應(yīng)力–應(yīng)變曲線描述材料響應(yīng)。但實(shí)際金屬材料并不是“均勻黑箱
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晶體塑性模擬中的大變形網(wǎng)格重劃分4個(gè)月前
參考文獻(xiàn)《Large-deformation crystal plasticity simulation of microstructure and microtexture evolution through adaptive remeshing》
在我們進(jìn)行大變形晶體塑性時(shí)，做到后期，最常見的“翻車點(diǎn)”不是本構(gòu)收斂性問題，而是網(wǎng)格畸變：單元被壓扁/拉長后，數(shù)值誤差會(huì)明顯放大，輕則結(jié)果不準(zhǔn)，
abaqus損傷模擬？5個(gè)月前
采用xfem做壓縮模擬，觀察裂紋擴(kuò)展，如果選擇最大主應(yīng)力的話，abaqus這里是不是要選擇材料的最大抗拉強(qiáng)度，還有這里損傷演化一般是不是選1或者0.05就可以了？？？
隨著汽車、航天與消費(fèi)性電子等產(chǎn)業(yè)對(duì)輕量化高性能材料的需求日益提升，對(duì)于短纖∕長纖增強(qiáng)熱塑性塑料（Fiber Reinforced Thermoplastic，F(xiàn)RT）射出成型的先進(jìn)模擬技術(shù)需求也隨之增加。然而，傳統(tǒng)的CAE方法往往無法準(zhǔn)確模擬這些材料的行為。為了解決這項(xiàng)挑戰(zhàn)，AirGo與Moldex3D共同發(fā)表了最新白皮書《ATLAS-AI: Accurate yet Faster CAE Simulation
參考文獻(xiàn)：《A straightforward 3D polycrystal plasticity finite element method for dynamic/static recrystallization simulation》
文章doi：10.1016/j.jmst.2024.09.005
在這個(gè)文章中，作者提出了一種直接在 CPFEM 中實(shí)現(xiàn) DRX/SRX 的方法，以位錯(cuò)密度為核心變量
ABAQUS二維混凝土細(xì)觀靜力學(xué)單軸壓縮損傷破壞模擬
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ABAQUS各向異性彈塑性PUCK損傷VUMAT10個(gè)月前
該子程序?yàn)锳BAQUS用戶自定義材料模型（VUMAT），用于模擬復(fù)合材料的非線性力學(xué)行為。其核心功能包含三部分：首先基于正交各向異性彈性本構(gòu)更新應(yīng)力，通過材料屬性計(jì)算剛度矩陣并響應(yīng)應(yīng)變?cè)隽浚黄浯螌?shí)現(xiàn)彈塑性修正，采用J2流動(dòng)理論判斷屈服狀態(tài)，通過牛頓迭代求解塑性變形并更新應(yīng)力；最后建立漸進(jìn)損傷模型，分別針對(duì)纖維方向（拉伸/壓縮失效）和基體方向（通過180°平面搜索臨界斷裂面）定義損傷初始判據(jù)，結(jié)合斷裂能與特征長度控制損傷演化過程
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)
Damask2.0.3版本是最后一個(gè)和Abaqus有接口的版本，在Damask2.0.3的官網(wǎng)中已經(jīng)進(jìn)行了聲明，目前最新的版本已經(jīng)不支持和Abaqus聯(lián)合使用。但是Damask和abaqus聯(lián)合使用仍然是學(xué)習(xí)晶體塑性有限元方法不錯(cuò)的工具。我曾使用過Abaqus聯(lián)合damask平臺(tái)，這里我對(duì)使用過程中個(gè)人的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行簡單的介紹，希望各位讀者在研究過程中少一些技術(shù)上的障礙。
1.軟件安裝
