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ABAQUS/Standard 用戶材料子程序?qū)嵗? －Johnson-Cook 金屬本構模型盧劍鋒 莊茁* 張帆 清華大學工程力學系 北京 100084 摘要：用戶材料子程序是 ABAQUS 提供給用戶定義自己的材料屬性的 Fortran 程序接口，使用戶能使用 ABAQUS 材料庫中沒有定義的材料模型

臨界分辨剪切應力是確定晶體滑移開始的標準，而FCC金屬材料塑性變形主要由位錯滑移貢獻。以位錯為內(nèi)變量的本構方程可以對多晶材料的塑性變形做出更加物理的描述和預測，并與微尺度的實驗進行對比分析。

Yeoh本構方程得到的應變能與試驗結(jié)果較吻合，可由簡單的單軸拉伸試驗擬合出材料參數(shù)，進而用來預測其他的力學行為，常用于橡膠制品結(jié)構的大變形分析[5,6]。本文采用Yeoh本構，參數(shù)為實測結(jié)果經(jīng)擬合得出。

但橡膠的本構關系非常復雜，在大量試驗數(shù)據(jù)的基礎上，人們建立了很多理論模型來描述其力學特征。本文主要對Abaqus中橡膠本構模型的選擇進行簡單介紹。 一、概述 與金屬材料不同，橡膠在受力以后的變形非常復雜，并伴隨著大位移和大應變。橡膠材料本身又是非線性材料，本構關系復雜，無法像金屬材料那樣僅需幾個系數(shù)便可描述材料特性。

JH本構模型本質(zhì)上是一種唯象本構模型，是通過觀察到的現(xiàn)象來確定公式形式、耦合參數(shù)的。陶瓷的高應變率的損傷失效行為是在微秒級甚至更小的時間尺度內(nèi)發(fā)生的，JH本構模型通過較為簡單的公式很難精確反映其損傷失效過程。故采用單元失效來表征材料失效的方法難以對這類復雜的侵徹問題進行求解，如需得出較為準確而可靠的數(shù)值計算結(jié)果，在目前本構模型的基礎上，還應訴諸于以SPH為代表的粒子法處理這類問題。

多線性模型常用材料如何選擇本構模型？各向同性>彈塑性：不銹鋼，鋁合金，銅等金屬，不帶玻纖的塑料，各向同性的彈塑性材料是最常用的材料本構，結(jié)構分析軟件都會有。注意鑄鐵受拉和受壓力學性能不一樣，需單獨定義受拉和受壓狀態(tài)的材料參數(shù)。不銹鋼應力-應變曲線如下所示。

臨界分辨剪切應力是確定晶體滑移開始的標準，而FCC金屬材料塑性變形主要由位錯滑移貢獻。以位錯為內(nèi)變量的本構方程可以對多晶材料的塑性變形做出更加物理的描述和預測，并與微尺度的實驗進行對比分析。

在寫彈塑性本構之前，我對塑性流動是干嘛使的沒有直觀概念。寫的時候我才明白，由于只能先算出來等效塑性應變，沒有流動方向的話，就無法把它轉(zhuǎn)換到各個應變分量，不知道應變分量就無法計算應力。這玩意從數(shù)學上講，是一個轉(zhuǎn)換公式。我們目前重工業(yè)上大部分的結(jié)構材料還是金屬，盡管ABAQUS中有自帶的JC模型，但是如果要模擬更復雜的情況，學會寫彈塑性本構就十分必要。

JH本構模型本質(zhì)上是一種唯象本構模型，是通過觀察到的現(xiàn)象來確定公式形式、耦合參數(shù)的。陶瓷的高應變率的損傷失效行為是在微秒級甚至更小的時間尺度內(nèi)發(fā)生的，JH本構模型通過較為簡單的公式很難精確反映其損傷失效過程。故采用單元失效來表征材料失效的方法難以對這類復雜的侵徹問題進行求解，如需得出較為準確而可靠的數(shù)值計算結(jié)果，在目前本構模型的基礎上，還應訴諸于以SPH為代表的粒子法處理這類問題。

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(tài)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(tài)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(shù)超過1時發(fā)生失效。

當我們用abaqus模擬沖擊動力學問題時，經(jīng)常會考慮使用Johson-Cook本構，而正確輸入材料本構的各參數(shù)，對我們的仿真結(jié)果意義重大，今天我們就來介紹下abaqus中JC本構的各參數(shù)識別問題。 Johnson-Cook塑性模型是一種具有硬化規(guī)律和速率依賴的解析形式的米塞斯塑性模型，主要適用于許多材料的高應變率變形模擬，包括大多數(shù)金屬。

視頻1 射流的速度場 視頻2 標靶的等效塑性變形 視頻3 整體模型的溫度場本案例知識點：1、RPG-7火箭殼體為鋼材，采用Johnson-cook塑性及損傷本構，考慮溫度場2、圓錐形藥罩為紫銅，采用Johnson-cook塑性及損傷本構，考慮溫度場3、標靶為鋼材，采用延性損傷本構，考慮溫度場4、模型采用CEL

ABAQUS_Standard用戶材料子程序?qū)嵗?pdf

一共建立兩個模型，一個模型的土體材料用摩爾庫倫本構，另一模型的土體材料采用修正劍橋本構。注意，此處我們只討論不同本構下基坑的變形規(guī)律，所以我們的土體并不是一類土(在此處我也不給一種土的數(shù)據(jù)了，一般的地勘報告也不一定給全)。修正劍橋本構的知識我們后續(xù)再講。

傳統(tǒng)的研究都局限于原有的領域：金屬物理工作者在研究微觀結(jié)構，而不關心材料的宏觀性能；力學工作者在研究本構關系，通過實驗確定宏觀性能參數(shù)，卻不知道這些參數(shù)的由來；從事加工的人在實踐中摸索加工條件，只希望能生產(chǎn)出設計的產(chǎn)品。而細觀塑性力學則對于為什么會有塑性各向異性，怎樣控制它們，什么樣的微觀結(jié)構會導致何種加工性能，如何使實驗或生產(chǎn)數(shù)據(jù)成為預知等問題做出了回答。

當我們用abaqus模擬沖擊動力學問題時，經(jīng)常會考慮使用Johson-Cook本構，而正確輸入材料本構的各參數(shù)，對我們的仿真結(jié)果意義重大，今天我們就來介紹下abaqus中JC本構的各參數(shù)識別問題。 Johnson-Cook塑性模型是一種具有硬化規(guī)律和速率依賴的解析形式的米塞斯塑性模型，主要適用于許多材料的高應變率變形模擬，包括大多數(shù)金屬。