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ABAQUS/Standard 用戶材料子程序實例 －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

但橡膠的本構關系非常復雜，在大量試驗數據的基礎上，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便可描述材料特性。

專業 ABAQUS 材料本構模型，鋼混結構研究利器！涵蓋鋼鉸、鋼材及混凝土本構，包含熱工參數，適用于常溫、高溫及高溫后工況。由 CAE 鋼柱 — 結構工程工作室精心出品，模型帶有 CDP 受壓、受拉損傷因子。如有需要可聯系CAE-2279。優勢顯著：避免繁雜與混亂：告別來源不明、多次轉手的模型表格。精準實用：針對方、圓鋼管混凝土構件區分材料本構，契合實際研究。

當我們用abaqus模擬沖擊動力學問題時，經常會考慮使用Johson-Cook本構，而正確輸入材料本構的各參數，對我們的仿真結果意義重大，今天我們就來介紹下abaqus中JC本構的各參數識別問題。 Johnson-Cook塑性模型是一種具有硬化規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，包括大多數金屬。

1.2.總體功能本插件涵蓋SHPB仿真全流程，建模除了包含撞擊桿-入射桿-透射桿和圓柱試樣外，還包含整形片和吸收桿，示例材料包含鋼材、鋁合金、銅，部分本構參數包含金屬線彈性、J-C塑性和J-C損傷、韌性損傷等，能輸出入射桿、透射桿件中間點位置的（工程）名義應變、真實應變、真實應力的時域曲線，主要功能如下：①建模包含撞擊桿、整形片、入射桿、透射桿、吸收桿；②在插件界面設置好參數后，一鍵全流程仿真

假設材料的本構模型為非線性各向同性彈塑性，焊接過程的模擬通過對材料屬性的控制來實現。

Abaqus 軟件具有非常強大橡膠本構模型的定義功能，不僅提供了很多現有的本構模型，還可以進行模型本構的自定義，并且具有橡膠材料評估的功能，從而保證了橡膠結構件的模擬精度。本文對幾種定義方式進行介紹：1.

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的材料參數。不銹鋼應力-應變曲線如下所示。

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。這玩意從數學上講，是一個轉換公式。我們目前重工業上大部分的結構材料還是金屬，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。

本案例針對銅合金材料金屬波紋管進行分析，選擇彈塑性本構模型。材料力學參數包括彈性模量、泊松比、塑性應變-屈服強度關系等。模具材料為彈性結構鋼，材料力學參數包括彈性模量、泊松比。Simdroid可支持多種材料本構模型，滿足工程應用需要。

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

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。

本案例為CAE文件，鉆頭為常規麻花鉆，金屬為7075鋁合金，材料本構為JC，鉆孔過程中有切屑產生，通過本案例您可以學會7075鋁合金JC參數的設置，鉆孔過程中接觸的設置，以及鉆孔轉速和進給量等參數的設置。

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。

當我們用abaqus模擬沖擊動力學問題時，經常會考慮使用Johson-Cook本構，而正確輸入材料本構的各參數，對我們的仿真結果意義重大，今天我們就來介紹下abaqus中JC本構的各參數識別問題。 Johnson-Cook塑性模型是一種具有硬化規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