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通過一些實驗測試表明，對金屬進行了多次循環加載試驗，其實驗和結果與現實的實際應用工況息息相關。因此，通過循環荷載試驗估算非彈性材料特性至關重要。 通過簡單的案例講解，介紹金屬試件在考慮經輪效應下進行的實驗循環載荷拉伸試驗，獲取準確的實驗測試數據。

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

通過一些實驗測試表明，對金屬進行了多次循環加載試驗，其實驗和結果與現實的實際應用工況息息相關。因此，通過循環荷載試驗估算非彈性材料特性至關重要。 通過簡單的案例講解，介紹金屬試件在考慮經輪效應下進行的實驗循環載荷拉伸試驗，獲取準確的實驗測試數據。

ABAQUS軟件中有多種橡膠材料的本構模型，材料本構模型與試驗數據的關聯程度直接影響橡膠分析的精度。ABAQUS提供自動材料評估工具，該工具不僅能夠使用試驗數據擬合出所選本構函數（應變能函數）的參數，而且還能將本構函數曲線與試驗數據（名義應力-應變曲線）繪制在同一圖表中，便于對比擬合效果。1、選擇超彈性材料，輸入源為：Test data。

在FCC晶體中，有12種滑移系統可能在塑性變形過程中被激活 通常，樣品的晶體學和應力狀態是決定滑移系統是否活躍的主要因素。試驗過程中試樣所經歷的塑性來自于激活滑移系統的貢獻。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。

各向同性硬化von Mises率無關彈塑性本構理論以及umat源代碼1 本構理論1.1 率形式對于各向同性線彈性材料，其本構方程為：式中假設了應變張量可以分解為彈性應變和塑性應變兩部分：因此塑性本構的關鍵在于計算塑性應變的演化。

典型彈-塑性材料的應力-應變曲線含義： 描述材料行為：本構模型用數學方程或函數來表示材料的應力-應變關系或應力-時間關系。這些模型描述了材料在不同加載條件下的反應，包括彈性、塑性、黏彈性、損傷等。 實驗數據擬合：本構模型通常通過實驗數據進行驗證和擬合。實驗室測試可以提供材料的應力-應變曲線或其他性質數據，而本構模型的目標是以最佳方式匹配這些實驗數據。

傳統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，卻不知道這些參數的由來；從事加工的人在實踐中摸索加工條件，只希望能生產出設計的產品。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，什么樣的微觀結構會導致何種加工性能，如何使實驗或生產數據成為預知等問題做出了回答。

在FCC晶體中，有12種滑移系統可能在塑性變形過程中被激活 通常，樣品的晶體學和應力狀態是決定滑移系統是否活躍的主要因素。試驗過程中試樣所經歷的塑性來自于激活滑移系統的貢獻。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。

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。本期就給一個彈塑性VUMAT拉伸失效的案例，結合單元刪除技術，模擬結構破壞過程。

考慮到實驗的成本、實驗條件的多變、橡膠的材料不均勻及仿真研究時的迅速、高效性，本文基于理論分析和實驗經驗結果，結合仿真分析在不需進行試驗的前提下對不同硬度的橡膠Mooney?Rivlin模型本構參數予以確定，所確定的本構參數可滿足大部分仿真工況。

本構關系子程序采用彈塑性 - 相變耦合本構模型，總應變可分解為：1) 彈性行為：基于線彈性理論，由楊氏模量（E）和泊松比（ν）描述；2) 塑性行為：采用 J2 塑性理論，通過 Von Mises 屈服準則判斷屈服，關聯流動法則描述塑性流動；3) 相變耦合：馬氏體體積分數（tfv）通過硬化曲線調控屈服應力，塑性應變增量反哺 tfv 演化，形成 “塑性 - 相變” 雙向耦合

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?？紤]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。

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：

材料非線性為材料的本構已經不再簡單通過胡克定律來完整描述，常見的非線性材料本構如下：彈塑性材料本構，在鋼的拉伸實驗中可以發現應力應變曲線明顯存在兩個過程，分別是彈性變形和彈塑性變形，在彈性段時應力應變呈線性關系，過了屈服之后進入彈塑性階段，此時應力應變不再呈線性關系。當進行金屬塑性加工仿真時往往材料都會進入彈性變形階段，所以必須要考慮材料非線性。

而晶體塑性本構模型的參數通常是通過擬合宏觀實驗結果得到的，但是其缺乏亞微米變形機理，所以擬合參數可能不是唯一的，從而降低了CPFE模擬的預測精度。由于MPEAs的微觀結構是多尺度的，如原子空位和晶格畸變、微尺度位錯和中尺度晶粒等，所以需要考慮微尺度的變形機理來獲得精確的晶體塑性本構模型參數，然后開發一種從納米-微-中尺度微觀結構集成的新的模擬方法。

機動法又稱上限法，上限法在金屬塑性成形問題中和板殼塑性極限分析中，獲得了非常廣泛的應用，破壞機構可以通過實驗方法找到.。最合理的破壞模式也就是和實驗結果一致的模式。