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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。

/msimage/202402/fdd4e3f61adc75058e0ad3e2a6a9967a.png"></p><p><br></p><p>使用Abaqus計算的von Mises應力以及等效塑性應變的結果如下：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202402/7ca4fc0978422341fabf755cb84c01ee.png

黃永剛院士編寫的單晶晶體塑性UMAT，主要用于在Abaqus有限元軟件中進行單晶及多晶晶體塑性變形的計算。許多科研人員通過改寫其晶體塑性UMATs，建立自己的本構子程序并發表論文。利用該本構子程序進行材料模擬的研究方向很廣泛，包括但不限于修改材料滑移、孿晶系，修改硬化方程，加入損傷，將隱式分析的UMATs修改為顯式分析的VUMATs等，理解其基本理論并將公式與代碼對應是改寫的關鍵。

為了達到這一目標，我首先在理論層面上回顧了de Runtz和Hodge的推導過程，著重理解了他們在圓環破壞問題上的核心思路。接著，我利用Abaqus和iSolver兩個軟件，針對他們研究中的典型案例進行了詳細的數值模擬。通過對比理論計算結果與仿真結果，我期望不僅能驗證這些經典理論的準確性，還能探討現代軟件在處理這類問題時的表現，特別是它們在模擬大變形塑性行為中的有效性和局限性。

我們關注CAE中的結構有限元，所以主要選擇了商用結構有限元軟件中文檔相對較完備的Abaqus來研究內部實現方式，同時對某些問題也會涉及其它的Nastran/Ansys等商軟。為了理解方便有很多問題在數學上其實并不嚴謹，同時由于水平有限可能有許多的理論錯誤，歡迎交流討論，也期待有更多的合作機會。

其核心功能包含三部分：首先基于正交各向異性彈性本構更新應力，通過材料屬性計算剛度矩陣并響應應變增量；其次實現彈塑性修正，采用J2流動理論判斷屈服狀態，通過牛頓迭代求解塑性變形并更新應力；最后建立漸進損傷模型，分別針對纖維方向（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，結合斷裂能與特征長度控制損傷演化過程。

Workbench中的工程數據模塊中，彈塑性模型可以通過塑性應變與應力定義，因此需要使用下式進行轉換下載地址：線性隨動強化彈塑性理論基礎

☆ ABAQUS/CAE 操作：Property 模塊，主菜單 Material—Create，選擇 Edit Material 對話框中的Mechanical-Piastfcity-.Plastic (金屬材料的典型塑性理論)。然后將真實應力和塑性應變輸入數據表中。

損傷影子w的計算直接由塑性等效應變確定。在ABAQUS中建立100*100*100的立方體塊，試件的底部固定，頂部反復加載-卸載，通過UMAT得到的模擬結果如下：

插件介紹 EasyCDP (GB/T50010 2024)V1.0 - AbyssFish 插件可在Abaqus快速建立混凝土損傷塑性（Concrete Damaged Plasticity，簡稱CDP）材料。

Damask2.0.3版本是最后一個和Abaqus有接口的版本，在Damask2.0.3的官網中已經進行了聲明，目前最新的版本已經不支持和Abaqus聯合使用。但是Damask和abaqus聯合使用仍然是學習晶體塑性有限元方法不錯的工具。我曾使用過Abaqus聯合damask平臺，這里我對使用過程中個人的一點經驗進行簡單的介紹，希望各位讀者在研究過程中少一些技術上的障礙。