ABAQUS弹塑性分析
简介
ABAQUS是一种常用的有限元分析软件，广泛应用于工程领域。它可以进行多
种类型的分析，包括线性弹性分析、非线性分析以及弹塑性分析等。本文将重点介绍ABAQUS中的弹塑性分析。
弹塑性分析概述
弹塑性分析是指在加载过程中，材料同时存在弹性和塑性变形的情况下进行的
分析。相对于只考虑弹性变形的分析方法，弹塑性分析可以更加准确地描述材料的行为。ABAQUS是一款强大的工具，提供了多种弹塑性材料模型以及相应的分析设置。
弹塑性材料模型
ABAQUS中常用的弹塑性材料模型包括：
1.von Mises模型 von Mises模型是最常用的塑性材料模型之一，它基
于等效应力假设，适用于各向同性的材料。在ABAQUS中，可以通过指定材
料的屈服应力和硬化规律来定义von Mises模型。
2.Drucker-Prager模型Drucker-Prager模型适用于非各向同性的材料，
特别是岩土材料。它考虑了材料的摩擦和内聚力特性，可以模拟材料的塑性和蠕变行为。
3.Mohr-Coulomb模型 Mohr-Coulomb模型也是一种常用的非各向同
性材料模型，适用于岩石等材料。它考虑了材料的内聚力和摩擦特性。
以上只是ABAQUS中的部分弹塑性材料模型，用户可以根据具体材料的性质选择合适的模型。
弹塑性分析设置
进行弹塑性分析时，需要在ABAQUS中进行相应的分析设置。以下是一些常见的设置：
1.材料属性定义在ABAQUS中，需要指定材料的弹性模量、泊松比以
及塑性相关参数等。根据选择的弹塑性材料模型，还需要指定其特定的参数。
2.加载条件弹塑性分析通常需要施加外部载荷或变形条件。可以通过
定义荷载和边界条件来实现。ABAQUS提供了多种类型的荷载和边界条件，用户可以根据实际情况进行选择。
3.收敛准则弹塑性分析是一个迭代过程，在每次迭代中需要检查计算
的收敛性。ABAQUS提供了多种收敛准则，用户可以根据需要选择适合的准则。
弹塑性分析案例
为了更好地理解ABAQUS中的弹塑性分析，以下将给出一个简单的案例。
假设有一个钢材构件，在受到外部荷载作用时需要进行弹塑性分析。首先，在ABAQUS中定义钢材的弹性模量和屈服应力。然后，通过施加荷载和边界条件来模拟实际加载情况。在分析过程中，可以观察到材料发生的塑性变形，并获取各个节点的应力和应变信息。通过分析结果，可以评估钢材结构的强度和变形性能。
结论
ABAQUS是一款强大的有限元分析软件，提供了丰富的弹塑性分析功能。通过
合理设置材料模型和分析参数，可以更准确地模拟材料的弹塑性行为。弹塑性分析可以帮助工程师更好地理解材料的变形特性，并指导工程设计的优化和改进。
以上是对ABAQUS弹塑性分析的简要介绍，希望对您有所帮助。
弹塑性时程分析方法将结构作为弹塑性振动体系加以分析，直接按照地震波数据输入地面运动，通过积分运算，求得在地面加速度随时间变化期间内，结构的内力和变形随时间变化的全过程，也称为弹塑性直接动力法。 基本原理 多自由度体系在地面运动作用下的振动方程为： 式中、、分别为体系的水平位移、速度、加速度向量；为地面运动水平加速度，、、 分别为体系的刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵。将强震记录下来的某水平分量加速度－时间曲线划分为很小的时段，然后依次对各个时段通过振动方程进行直接积分，从而求出体系在各时刻的位移、速度和加速度，进而计算结构的内力。 式中结构整体的刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵通过每个构件所赋予的单元和材料类型组装形成。动力弹塑性分析中对于材料需要考虑包括：在往复循环加载下，混凝土及钢材的滞回性能、混凝土从出现开裂直至完全压碎退出工作全过程中的刚度退化、混凝土拉压循环中强度恢复等大量非线性问题。 基本步骤 弹塑性动力分析包括以下几个步骤： (1) 建立结构的几何模型并划分网格； (2) 定义材料的本构关系，通过对各个构件指定相应的单元类型和材料类型确定结构的质量、刚度和阻尼矩阵； (3) 输入适合本场地的地震波并定义模型的边界条件，开始计算； (4) 计算完成后，对结果数据进行处理，对结构整体的可靠度做出评估。 计算模型 在常用的商业有限元软件中，ABAQUS、ADINA、ANSYS、MSC.MARC都内置了混凝土的本构模型，并提供了丰富的单元类型及相应的前后处理功能。在这些程序中一般都有专用的钢筋模型，可以建立组合式或整体式钢筋。 以ABAQUS为例，它提供了混凝土弹塑性断裂和混凝土损伤模型以及钢筋单元。其中弹塑性断裂和损伤的混凝土模型非常适合于钢筋混凝土结构的动力弹塑性分析。它的主要优
基于ABAQUS的压厚壁圆筒的弹塑性分析 学院：航空宇航学院 专业：工程力学 指导教师： ： 学号：
1. 问题描述 一个受压的厚壁圆筒（如图1），半径和外半径分别为mm a 10=和mm b 15=（外径与径的比值2.15.110 15b >==a ），受到均匀压p 。材料为理想弹塑性钢材（如图2），并遵守Mises 屈服准则，屈服强度为MPa Y 380=σ，弹性模量GPa E 200=，泊松比3.0=υ。 图1 压作用下的端部开口厚壁圆筒图2 钢材的应力-应变行为 首先通过理论分析理想弹塑性材料的厚壁圆筒受压作用的变形过程和各阶段的应力分量，确定弹性极限压力e p 和塑性极限压力p p ；其次利用ABAQUS 分析该厚壁圆筒受压的变形过程，以及各个阶段厚壁筒的应力分布，与理论分析的结果进行对比，验证有限元分析的准确性。 2. 理论分析 2.1基本方程 由于受到压p 的作用，厚壁圆筒壁上受到径向压应力r σ、周向压应力θσ和轴向应力z σ的作用，由开口的条件可推出0=z σ。因为这是一个轴对称问题，所有的剪应力和剪应变均为零。平衡方程和几何方程用下式表示： 0-=+r d d r r r θσσσ （1）
r u dr du r r r ==θεε, （2） 弹性本构关系为：()() r r r E E συσεσυσεθθθ****1,1-=-= （3） 由于此问题为平面应变问题，所以上式中 2*1υ-=E E υ υυ-=1* 相应的边界条件为：0,=-===b r r a r r p σσ （4） 2.2弹性阶段 根据弹性力学中的应力解法：取应力分量r σ，θσ为基本未知函数，利用平衡方程和应力表示的协调方程联合求解，可得应力分量的通解 ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨⎧=+=221221-r C C r C C r θσσ 将边界条件带入可得应力分量为： ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=11--2222222222r b a b p a r b a b p a r r σσ （5） 因为b r a ≤≤，所以00>≤θσσ且r ，可以观察到：r z σσσθ≥=>0， 分析采用Mises 屈服准则，表达为 ()()()()222222226Y z rz r z z r r στττσσσσσσθθθθ=+++-+-+- （6） 该厚壁圆筒是轴对称平面应变问题，即0===θθτττz rz r ，由Mises 屈服条 件其表达式可得到： Y Y r σσσσθ155.13 2==- （7）
ABAQUS中的壳单元S33代表的是壳单元法线方向应力， S11S22代表壳单元面内的应力。因为壳单元的使用范围是“沿厚度方向应力为0”，也即沿着法相方向应力为0，且满足几何条件才能使用壳单元，所以所有壳单元的仿真结果应力查看到 的S33应力均为0。 S11 S22 S33实体单元是代表X Y Z三个方向应力，但壳单元不是，另外壳单元只有S12，没有S13，S23。 LE----真应变（或对数应变）LEij---真应变...应变分量； PE---塑性应变分量； PEEQ---等效塑性应变 ABAQUS Field Output Stresses Strain Force/Reactions RF reaction forces and moments反应力和力矩RT reactionforces反应力 1、弹塑性分析中并不一定总要考虑几何非线性。“几何非线性”的含义是位移的大小对结构的响应发生影响，例如大位移、 大转动、初始应力、几何刚性化和突然翻转等。 2、等效塑性应变PEEQ与塑性应变量PEMAG，这两个量的区别在于，PEMAG描述的是变形过程中某一时刻的塑性应变，与加载历史无关；而PEEQ 是整个变形过程中塑性应变的累积结果。等效塑性应变PEEQ大于0表明材料发生了屈服。在工程结构中，等效塑性应变大凡不应超过材料的破坏应变（failurestrain）。 3、在定义塑性材料时应严格按下表原则输入对应的真实应力与塑性应变： 真实应力
<屈服点处的真实应力> <真实应力> ……塑性应变0<塑性应变> …… 注意： 塑性材料第一行中的塑性应变必须为0，其含义为： 在屈服点处的塑性应变为0。 4、定义塑性数据时，应尽可能让其中最大的真实应力和塑性应变大于模型中可能出现的应力和应变值。 5、对于塑性损伤模型，其应力应变曲线中部能有负斜率。 通常都是通过其他软件数据导入到abaqus，比如Etabs，Midas，satwe等中建模，然后把网格数据作为abaqus有限元模型。 那么abaqus的cae是做什么的？其实用cae来建模实体模型还是可行的，可以油点变线，由线变面，由面变体，并可做布尔运算，然后把多个部件组装为整体结构，统一划分网格。从这方面来说cae是可以的。 abaqus最蛮横的方面显然是它的求解器，abaqus分隐式求解器和显式求解器。隐式求解器里可实现模态分析、瞬态分析、时程分析、屈曲分析等，内嵌了改进型NewMark隐式算法和Wilson算法，求解非线性问题非常安定，大凡只要计算通过就能得到较好的结果。显式求解器不仅是abaqus的特色求解器，而且有极高的效率，能够快速的进行非线性求解，并且也能有较好的安定性，也能完成静力和动力计算。另外，同样模型数据可以在两个求解器中计算。 abaqus另一方面，它提供大量的单元，丰盛的材料，可以模拟混凝土、金属等硬质材料，或岩土、泡沫、塑料等软质材料，而且提供了自定义材料接口和自定义单元，有了给研究者、应用者丰盛的空间。对于我们做结构的人来说，结构设计是不可少的，既然abaqus是通用有限元软件，我就不可能去苛求
问题积累（待续） 1.abaqus如何调整图例的大小，就是云图左上角那个图框，字太小了看不清！！ 直接设置图例的字体大小就可以：工具栏viewport>viewport annotation options>legend(选项卡)>text(选项)>set font(按钮)>size，修改size选项中的数字，就可以修改图例大小了。 2.cohesive element ＡＢＡＱＵＳ 在6.11使用cohesive element，定义cohesive材料属性的时候主要步骤： 1.定义一个材料的名字，比如cohesive，不要去定义任何属性（弹性，弹塑性等等）。 2.打开工具栏model--edit keywords，在inp中手动添加材料的各种属性。 PS: 定义section的时候选cohesive，element control选sweep，element type选cohesive，这些是使用cohesive element的基本步骤。 zero thickness的cohesive section设定abaqus所谓的 zero-thickness，其实就是定义cohesive section的initial thickness=1.0。你可以在定义section的时候定义（specify），也可以用系统默认的thickness（也是1.0），这样有关cohesive element 的计算当中，就有displacement（位移）=strain（应变）*thickness ( 1.0 )=strain的数值。我们知道从1914年Ingless和1921年Griffith提出断裂力学开始，一直到60年代都停留在线弹性断裂力
Abaqus超弹性材料分析 模型了解： 本案例所用模型如下： 图1 模型认识 其中，1为压块，结构刚材料，2为橡胶超弹性材料。 有限元分析流程分为3大步、3小步，如下图所示。今天将以这种方式介绍使用workbench 实现齿轮啮合的分析流程。 图2 ABAQUS有限元分析流程介绍 一、前处理 1.1 几何模型的构建 本案例中的几何模型较为简单，因此直接在abaqus中创建。 本例使用平面应力应变单元模拟实体的压缩过程，将Module切换到Part模块，单击create part创建压块部件，部件类型选择2D planar、Deformable、Shell，进入草图环境，绘制压块图形如图1，绘制完成后单击done完成压块的创建。继续单击create part创建橡胶部件，部件类型也为2D planar、Deformable、Shell，进入草图环境，绘制橡胶图形如图1所示，绘制完成后单击done退出橡胶的创建。 1.2 材料参数的定义 1.2.1 材料本构 将Module切换到property模块。单击create material创建材料，压块使用结构刚材料，密7850kg/m，杨氏模量为2.1e11Pa，泊松比为0.3。 度设置3 橡胶使用超弹性材料，使用Mooney-Rivlin本构模型 1.2.2 截面定义
Abaqus赋予模型材料需要先定义截面属性，单击create section为压块以及橡胶各创建一个截面属性，类型为solid，Homogeneous，单击continue，在弹出的对话框中勾选，Plane stress/strain thickness，并为其指派厚度，如图3所示。 图3 截面属性创建 1.2.3 截面指派 当两个部件的截面创建完成后，便可以为其指派相应的截面属性。 1.3 网格系统的构建 1.3.1 网格划分 将Module切换到Mesh模块。通过合理控制网格大小，得到如图所示的网格 图4 网格系统模型 1.3.2 单元类型设定 对于本例，单元类型可以使用默认的单元类型 1.3.3 装配 将Module切换到Assembly模块，进入装配环境，按照图1所示位置关系进行装配。 二、求解 2.1 求解器的设定 将Module切换到Step模块。单击Create step创建分析步，分析步类型为Static，General，注意，此案例需要打开Nlgeom，即需要考虑非线性的影响。 2.2 连接关系的构建 将Module切换到Interaction模块。本例的连接关系仅涉及压块以及橡胶之间的接触。首先，单击Create Interaction Property，类型为contact，在弹出的对话框中，通过Mechanical->Tangential Behavior定义切向行为，Friction formulation选择Penalty，摩擦系数设置为0.2；继续通过Mechanical->Normal Behavior定义法向行为，法向行为保持默认的硬接触，单击OK完成接触属性的定义。 单击create interaction创建接触，类型为Surface-to-surface contact(Standard)，选择压块
1. 弹塑性分析中的主要问题 ABAQUS 提供了多种材料的本构关系和失效准则模型 弹塑性变形行为： Abaqus 默认的采用屈服面来定义各项同性屈服 金属材料的弹塑性行为： σε-曲线： （四个阶段） 弹性阶段： p σσ≤，应力应变服从胡克定律：E σε= p e σσσ≤≤，σε-不再是线性关系，卸载后变形完全消失，仍属于弹性变形 屈服阶段： 屈服阶段表现为显著的塑性变形，此阶段应力基本不变，应变不断增加，屈服现象的出现于最大切应力有关系，屈服极限为s σ 强化阶段： 材料恢复抵抗变形的能力，使它继续变形必须增加拉力，强度极限为b σ 局部变形阶段： b σσ≥后，在试样的某一局部范围内，横向尺寸突然急剧减小，形成缩颈现象 卸载定律，冷作硬化（比例极限得到提高，退火后可消除） 伸长率5%δ≤，称为脆性材料；5%δ≥，称为塑性材料 强度极限b σ是衡量脆性材料的唯一指标，脆性材料主要用作受压杆件，破坏处发生在与轴 线成45?的斜截面上，而塑性材料主要用作受拉杆件。 应以应力和名义应变：（以变形前的界面尺寸为基础） 0nom F A σ= nom o l l ε?= 真实应力和真实应变与名义量的关系：
(1)true nom nom σσσ=+ l n (1) t r u e n o m εε=+ 真实应变是由弹性应变和塑性应变组成的，定义塑性材料时，需用到塑性应变，其表达式为： 1true pl true e true E σεεεε=-=- Abaqus 分析结果中对应的变量： 真实应力：S,Mises 真实应变：对几何非线性问题，输出的是对数应变LE;几何线性问题，输出的是总应变E 塑性应变：等效塑性应变PEEQ ，塑性应变量PEMAG ，塑性应变分量PE 弹性应变：EE 名义应变：NE 在abaqus standard 中无法模拟构建塑性变形过大而破坏的过程 弹塑性分析的基本方法： 理想塑性：应力不变，应变持续增加；应尽可能的使材料的最大真实应力和塑性应变大于模型可能出现的应力应变值 解决弹塑性分析中的收敛问题： 在弹塑性材料商施加载荷时，如果此载荷会造成很大的局部变形（使用点载荷时尤其容易出现此问题），可能造成收敛问题。 解决方法有四种： 1. 使材料的最大真实应力和塑性应变大于模型可能出现的应力应变值 2.如果对出现很大苏醒变形的部件不关心其准确的应力和塑性变形，可将其设置为线弹性材料 3.尽量不要施加点载荷，而是根据实际情况来使用面载荷或线载荷 4.为载荷作用点附近的几个节点建立刚性约束，施加耦合约束，使几个节点共同承担点载荷 Abaqus 中的体积自锁问题？
11 多步骤分析 ABAQUS模拟分析的一般性目标是确定模型对所施加载荷的响应。回顾术语载荷（load）在ABAQUS中的一般性含义，载荷代表了使结构的响应从它的初始状态到发生变化的任何事情；例如：非零边界条件或施加的位移、集中力、压力以及场等等。在某些情况下载荷可能相对简单，如在结构上的一组集中载荷。在另外一些问题中施加在结构上的载荷可能会相当复杂，例如，在某一时间段内，不同的载荷按一定的顺序施加到模型的不同部分，或载荷的幅值是随时间变化的函数。采用术语载荷历史（load history）以代表这种作用在模型上的复杂载荷。 在ABAQUS中，用户将整个的载荷历史划分为若干个分析步（step）。每一个分析步是由用户指定的一个“时间”段，在该时间段内ABAQUS计算该模型对一组特殊的载荷和边界条件的响应。在每一个分析步中，用户必须指定响应的类型，称之为分析过程，并且从一个分析步到下一个分析步，分析过程也可能发生变化。例如，可以在一个分析步中施加静态恒定载荷，有可能是自重载荷；而在下一个分析步中计算这个施加了载荷的结构对于地震加速度的动态响应。隐式和显式分析均可以包含多个分析步骤；但是，在同一个分析作业中不能够组合隐式和显式分析。为了组合一系列的隐式和显式分析步，可以应用结果传递或输入功能。在ABAQUS分析用户手册（ABAQUS Analysis User’s Manual）第7.7.2节“Transfering results between ABAQUS/Explicit and ABAQUS/Standard”中讨论了这个功能。而本指南不做进一步的讨论。 ABAQUS将它的所有分析过程主要划分为两类：线性扰动（linear perturbation）和一般性分析（general）。在ABAQUS/Standard或在ABAQUS/Explicit分析中可以包括一般分析步；而线性扰动分析步只能用于ABAQUS/Standard分析。对于两种情况的载荷条件和“时间”定义是不相同的，因而，从每一种过程得到的结果必须区别对待。 在一般分析过程中，即一般分析步（general step），模型的响应可能是非线性的或者是线性的。而在采用扰动过程的分析步中，即称为扰动分析步（perturbation step），响应只能是线性的。ABAQUS/Standard处理这个分析步作为由前面的任何一般分析步创建的预加载、预变形状态的线性扰动（即所谓的基本状态（base state））；ABAQUS 的线性模拟功能比之单纯线性分析的程序是更加广义的。
ABAQUS弹塑性分析 简介 ABAQUS是一种常用的有限元分析软件，广泛应用于工程领域。它可以进行多 种类型的分析，包括线性弹性分析、非线性分析以及弹塑性分析等。本文将重点介绍ABAQUS中的弹塑性分析。 弹塑性分析概述 弹塑性分析是指在加载过程中，材料同时存在弹性和塑性变形的情况下进行的 分析。相对于只考虑弹性变形的分析方法，弹塑性分析可以更加准确地描述材料的行为。ABAQUS是一款强大的工具，提供了多种弹塑性材料模型以及相应的分析设置。 弹塑性材料模型 ABAQUS中常用的弹塑性材料模型包括： 1.von Mises模型 von Mises模型是最常用的塑性材料模型之一，它基 于等效应力假设，适用于各向同性的材料。在ABAQUS中，可以通过指定材 料的屈服应力和硬化规律来定义von Mises模型。 2.Drucker-Prager模型Drucker-Prager模型适用于非各向同性的材料， 特别是岩土材料。它考虑了材料的摩擦和内聚力特性，可以模拟材料的塑性和蠕变行为。 3.Mohr-Coulomb模型 Mohr-Coulomb模型也是一种常用的非各向同 性材料模型，适用于岩石等材料。它考虑了材料的内聚力和摩擦特性。 以上只是ABAQUS中的部分弹塑性材料模型，用户可以根据具体材料的性质选择合适的模型。 弹塑性分析设置 进行弹塑性分析时，需要在ABAQUS中进行相应的分析设置。以下是一些常见的设置： 1.材料属性定义在ABAQUS中，需要指定材料的弹性模量、泊松比以 及塑性相关参数等。根据选择的弹塑性材料模型，还需要指定其特定的参数。
2.加载条件弹塑性分析通常需要施加外部载荷或变形条件。可以通过 定义荷载和边界条件来实现。ABAQUS提供了多种类型的荷载和边界条件，用户可以根据实际情况进行选择。 3.收敛准则弹塑性分析是一个迭代过程，在每次迭代中需要检查计算 的收敛性。ABAQUS提供了多种收敛准则，用户可以根据需要选择适合的准则。 弹塑性分析案例 为了更好地理解ABAQUS中的弹塑性分析，以下将给出一个简单的案例。 假设有一个钢材构件，在受到外部荷载作用时需要进行弹塑性分析。首先，在ABAQUS中定义钢材的弹性模量和屈服应力。然后，通过施加荷载和边界条件来模拟实际加载情况。在分析过程中，可以观察到材料发生的塑性变形，并获取各个节点的应力和应变信息。通过分析结果，可以评估钢材结构的强度和变形性能。 结论 ABAQUS是一款强大的有限元分析软件，提供了丰富的弹塑性分析功能。通过 合理设置材料模型和分析参数，可以更准确地模拟材料的弹塑性行为。弹塑性分析可以帮助工程师更好地理解材料的变形特性，并指导工程设计的优化和改进。 以上是对ABAQUS弹塑性分析的简要介绍，希望对您有所帮助。
Abaqus Example Problems Guide 1.5.1 Springback of two-dimensional draw bending Products: Abaqus/Standard Abaqus/Explicit 是用explicit进行成形，然后使用standard分析回弹 Problem description 这个例子描述了在93年成形模拟数值会议中报道的基准测试。这个基准包括使用三种材料描述六种问题以及两种不同的夹持力。六个问题中的一个描述如下。原文见Taylor等人在93年的论文。 坯料初始尺寸350*35，厚度0.78.问题本质上是个平面应变问题（垂直于模型平面的尺寸是35mm）。夹持力是2.45kN，夹具的质量是5kg。摩擦系数0.144 坯料为低碳钢，材料为弹塑性材料，弹性为各向同性，对于塑性使用Hill 异性屈服准则。材料的性质如下： Young's modulus = 206.0 GPa Poisson's ratio = 0.3 Density = 7800. Yield stress = 167.0 MPa Anisotropic yield criterion: =1.0, =1.0402, =1.24897, =1.07895, =1.0, =1.0 此例是对称问题，只取一半建模。坯料使用一行175个一阶壳单元建模。对称的边界条件施加到对称面上。边界条件施加到了坯料所有的节点上以模拟平面应变的条面；建模平面外的尺寸是5mm；因此，坯料的加持力经过了粗略缩放。 成形的过程由explicit中的两个分析步完成。坯料的加持力在第一个分析步施加。加载使用平滑分析步，以将惯性效应最小化。第二个分析步，通过设定冲头刚体参考点的速度冲头下行70mm。速度使用triangular smooth step amplitude 功能施加，初始速度和最终速度都是0，峰值速度在这个过程之间。 这个例子中会发生显著的回弹。因为坯料是柔性的，振动的基频很低，为了获得在回弹分析中得到准静态的解，使用explicit所需要的时间很长。
也许要暂别simwe一段时间了，在论坛获益良多，作为回报把自己这段时间在ABAQUS断裂方面的一些断断续续的心得整理如下，希望对打算研究断裂的新手有一点帮助，大牛请直接跳过。本贴所有内容均为原创，转贴请注明，谢谢。 引言：我们知道从1914年Ingless和1921年Griffith提出断裂力学开始，一直到60年代都停留在线弹性断裂力学(LEFM)的层次。后来由於发现在裂纹尖端进入塑性区后用LEF仍然无法解决stress singularity的问题。1960年由Barenblatt 和Dugdale率先提出了nonlinear/plastic fracture mechnics的概念，在裂纹前端引入了plastic zone,这也就是我们现在用的cohesive fracture mechnics的前身。当时这个概念还没引起学术界的轰动。直到1966年Rice发现J-integral及随后发现在LEFM中J-integral是等于energy release rate的关系。随后在工程中发现了越来越多的LEFM无法解释的问题。cohesive fracture mechnics开始引起更多的关注。在研究以混凝土为代表的quassi-brittle material时，cohesive fracture mechnics提供了非常好的结果，所以在70年代到90年代，cohesive fracture mechnics被大量应用于混凝土研究中。目前比较常用的方法主要是fictitious crack approach和effective-elastic crack approach或是称为equivalent-elastic crack approach. 其中fictitious crack approach只考虑了Dugdale-Barenblatt energy mechanism而effective-elastic crack approach只考虑了基於LEFM的Griffith-Irwin energy dissipation mechanism，但作了一些修正。 做裂纹ABAQUS有几种常见方法。最简单的是用debond命令, 定义 *FRACTURE CRITERION, TYPE=XXX, 参数。。。 ** *DEBOND, SLAVE=XXX, MASTER=XXX, time increment=XX 0,1, …… ...... time,0 要想看到开裂特别注意需要在指定的开裂路径上定义一个*Nset，然后在 *INITIAL CONDITIONS, TYPE=CONTACT中定义 master, slave, 及指定的Nset 这种方法用途其实较为有限。 例子如图 [本帖最后由 yaooay 于 2008-10-31 00:48 编辑] debond example.png(157.24 KB, 下载次数: 488)
ABAQUS混凝土损伤塑性模型参数标定及验证 一、本文概述 本文旨在探讨ABAQUS软件中混凝土损伤塑性模型的参数标定及其验证过程。混凝土作为一种广泛应用的建筑材料，其力学行为的准确模拟对于工程结构的设计与分析至关重要。ABAQUS作为一款功能强大的有限元分析软件，其内置的混凝土损伤塑性模型能够较好地模拟混凝土在受力过程中的非线性、弹塑性以及损伤演化等特性。 本文首先介绍混凝土损伤塑性模型的基本原理和关键参数，包括弹性模量、泊松比、屈服强度、塑性硬化模量等。随后，详细阐述了参数标定的方法和步骤，包括试验设计、数据采集、参数拟合等，旨在通过对比试验结果与模拟结果，对模型参数进行精细化调整，以提高模拟精度。 在参数验证部分，本文选取具有代表性的混凝土构件或结构进行模拟分析，并将模拟结果与试验结果进行对比，以验证模型参数的有效性和适用性。本文还将讨论参数标定和验证过程中可能遇到的挑战与问题，并提出相应的解决方案。 通过本文的研究，旨在为工程师和研究者提供一套系统的混凝土损伤
塑性模型参数标定及验证方法，以促进混凝土结构设计与分析水平的提高，推动土木工程领域的持续发展。 二、ABAQUS混凝土损伤塑性模型概述 ABAQUS作为一款功能强大的有限元分析软件，广泛应用于各类工程结构的静力与动力分析。在土木工程中，混凝土作为最主要的建筑材料之一，其力学性能的模拟一直是研究的热点。为了更准确地模拟混凝土在各种荷载条件下的响应，ABAQUS提供了混凝土损伤塑性模型（Concrete Damaged Plasticity Model）。 该模型考虑了混凝土材料在受力过程中的损伤和塑性变形，能够模拟混凝土在拉伸和压缩状态下的非线性行为。模型中的损伤变量用于描述混凝土在受力过程中微裂缝的发展，而塑性变形则反映了混凝土在达到屈服点后的不可逆变形。 在ABAQUS中，混凝土损伤塑性模型需要定义一系列的参数，包括弹性模量、泊松比、密度、屈服应力、损伤演化参数等。这些参数的合理选取对于模拟结果的准确性至关重要。然而，由于混凝土材料的复杂性，这些参数的确定往往需要通过试验和数值模拟相结合的方法进行标定。
材料本构模型及编程-ABAQUS-UMAT 材料本构模型及编程实现：简介 1、什么时候用用户定义材料（User-defined material, UMAT）？ 很简单，当ABAQUS没有提供我们需要的材料模型时。所以，在决定自己定义一种新的材料模型之前，最好对ABAQUS已经提供的模型心中有数，并且尽量使用现有的模型，因为这些模型已经经过详细的验证，并被广泛接受。 2、好学吗？需要哪些基础知识？ 先看一下ABAQUS手册（ABAQUS Analysis User's Manual）里的一段话： Warning: The use of this option generally requires considerable expertise. The user is cautioned that the implementation of any realis tic constitutive model requires extensive development and testing. Initial testing on a single element model with prescribed traction l oading is strongly recommended. 但这并不意味着非力学专业，或者力学基础知识不很丰富者就只能望洋兴叹，因为我们的任务不是开发一套完整的有限元软件，而只是提供一个描述材料力学性能的本构方程（Constitutive equation）而已。当然，最基本的一些概念和知识还是要具备的，比如 应力(stress),应变（strain）及其分量； volumetric part和deviatoric part；模量（modulus）、泊松比(Poisson’s ratio)、拉美常数(Lame constant)；矩阵的加减乘除甚至求逆；还有一些高等数学知识如积分、微分等。 3、UMAT的基本任务？ 我们知道，有限元计算（增量方法）的基本问题是： 已知第n步的结果（应力，应变等），；然后给出一个应变增量, 计算新的应力。 UMAT要完成这一计算，并要计算Jacobian矩阵DDSDDE(I,J) =。是应力增量矩阵（张量或许更合适），是应变增量矩阵。DDSDDE(I,J) 定义了第J个应变分量的微小变化对第I 个应力分量带来的变化。该矩阵只影响收敛速度，不影响计算结果的准确性（当然，不收敛自然得不到结果）。 4、怎样建立自己的材料模型？ 本构方程就是描述材料应力应变（增量）关系的数学公式，不是凭空想象出来的，而是根据实验结果作出的合理归纳。比如对弹性材料，实验发现应力和应变同步线性增长，所以用一个简单的数学公式描述。为了解释弹塑性材料的实验现象，又提出了一些弹塑性模型，并用数学公式表示出来。对各向同性材料（Isotropic material）,经常采用的办法是先研究材料单向应力-应变规律（如单向拉伸、压缩试验），并用一数学公式加以描述，然后把讲该规律推广到各应力分量。这叫做“泛化“(generalization)。 5、一个完整的例子及解释 下面这个UMAT取自ABAQUS手册，是一个用于大变形下的弹塑性材料模型。希望我的注释能帮助初学者理解。需要了解J2理论。 SUBROUTINE UMAT(STRESS,STATEV,DDSDDE,SSE,SPD,SCD,RPL,DDSDDT, 1 DRPLDE,DRPLDT,STRAN,DSTRAN,TIME,DTIME,TEMP,DTEMP,PREDEF,DPRED, 2 CMNAME,NDI,NSHR,NTENS,NSTATV,PROPS,NPROPS,COORDS,DROT, 3 PNEWDT,CELENT,DFGRD0,DFGRD1,NOEL,NPT,LAYER,KSPT,KSTEP,KINC) STRESS--应力矩阵，在增量步的开始，保存并作为已知量传入UMAT ；在增量步的结束应该保存更新的应力； STRAN--当前应变，已知。 DSTRAN—应变增量，已知。 STATEV--状态变量矩阵，用来保存用户自己定义的一些变量，如累计塑性应变，粘弹性应变等等。增量步开始时作为已知量传入，增量步结束应该更新； DDSDDE=。需要更新 DTIME—时间增量dt。已知。 NDI—正应力、应变个数,对三维问题、轴对称问题自然是3（11,22,33），平面问题是2(11,22)；已知。 NSHR —剪应力、应变个数，三维问题时3(12,13,23)，轴对称问题是1(12)；已知。 NTENS=NTENS NSHR，已知。
ABAQUS混凝土塑性损伤因子计算方法 及应用研究共3篇 ABAQUS混凝土塑性损伤因子计算方法及应用研究1 混凝土在受力作用下，除了弹性应变之外，还存在着塑性变形。混凝 土剪切破坏过程中，一般由于压力过大使得混凝土内部出现压杆破坏，此时混凝土已经失去完整的抗剪强度，而形成破坏面。此时，混凝土 仍然可以承受一定的轴向压缩应力，但是轴向应力的剩余值一般比较小。 针对混凝土的破坏过程，ABAQUS软件中使用了混凝土的塑性损伤模型。塑性损伤模型通过描述混凝土在承受载荷的过程中的损伤行为，给出 混凝土的应力与应变关系，是混凝土强度、刚度失效的数学模型。塑 性损伤因子是促成混凝土发生损伤过程的重要参数。下面将重点介绍ABAQUS软件中混凝土塑性损伤因子的计算方法及应用研究。 混凝土塑性损伤因子计算方法 在ABAQUS软件中，混凝土的塑性损伤因子D可以使用如下公式计算： D = (1 - εp / εmax)×(1 - (1 - εp / εmax)^c) 其中，εp是混凝土的塑性应变；εmax是混凝土的最大应变；c是一 种经验系数，一般取值在5-10之间。 具体来说，在ABAQUS中使用该塑性损伤因子计算混凝土应力-应变曲 线时，其步骤如下： 1.在ABAQUS中，选择适当的混凝土塑性损伤模型。
2.在定义材料属性时，需要设置混凝土的材料参数，包括杨氏模量、 泊松比、抗拉强度、抗压强度、初始损伤比、最大应变等等。 3.当混凝土发生应力屈服时，ABAQUS软件会根据定义的塑性损伤模型 和混凝土的材料参数，自动计算混凝土的塑性损伤因子D。 应用研究 应用混凝土塑性损伤模型，可以模拟混凝土的破坏过程。对于混凝土 结构的安全评估、抗震评估以及结构损伤控制等方面的研究，都有很 大的应用前景。 模拟框架结构的地震响应 框架结构是建筑抗震设计的重要形式之一，其地震响应分析是一项重 要的研究内容。通过分析框架结构在地震作用下的塑性变形、裂缝分 布及变形历程等情况，可以得出该结构在地震载荷作用下的性能和破 坏机理。 利用ABAQUS软件，采用混凝土塑性损伤模型对框架结构进行地震响应 分析，可以生成结构承载能力的相关参数，如结构的非线性屈曲力、 弹塑性分析曲线等，为结构设计和改进提供了有力的理论依据。 混凝土结构的疲劳评估 疲劳是部分结构在长时间重复受力下导致结构变形、裂缝的一种现象。根据混凝土的材料性质和结构特点，ABAQUS软件可以比较准确地预测 混凝土结构的疲劳寿命和变形情况。 通过对混凝土结构疲劳应力变形过程进行仿真，并准确地计算塑性损
一、有限单元法的基本原理 有限单元法（The Finite Element Method）简称有限元（FEM），它是利用电子计算机进行的一种数值分析方法。它在工程技术领域中的应用十分广泛，几乎所有的弹塑性结构静力学和动力学问题都可用它求得满意的数值结果。 有限元方法的基本思路是：化整为零，积零为整。即应用有限元法求解任意连续体时，应把连续的求解区域分割成有限个单元，并在每个单元上指定有限个结点，假设一个简单的函数（称插值函数）近似地表示其位移分布规律，再利用弹塑性理论中的变分原理或其他方法，建立单元结点的力和位移之间的力学特性关系，得到一组以结点位移为未知量的代数方程组，从而求解结点的位移分量. 进而利用插值函数确定单元集合体上的场函数。由位移求出应变, 由应变求出应力 二、ABAQUS有限元分析过程 有限元分析过程可以分为以下几个阶段 1.建模阶段: 建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型――有限元模型，从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。有限元建模的中心任务是结构离散，即划分网格。但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。
2.计算阶段:计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算。由 于这一步运算量非常大，所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成 3.后处理阶段: 它的任务是对计算输出的结果惊醒必要的处 理，并按一定方式显示或打印出来，以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估，并作为相应的改进或优化，这是惊醒结构有限元分析的目的所在。 下列的功能模块在ABAQUS/CAE操作整个过程中常常见到，这个表简明地描述了建立模型过程中要调用的每个功能模块。 “Part（部件） 用户在Part模块里生成单个部件，可以直接在ABAQUS/CAE环境下用图形工具生成部件的几何形状，也可以从其它的图形软件输入部件。 Property（特性） 截面（Section）的定义包括了部件特性或部件区域类信息，如区域的相关材料定义和横截面形状信息。在Property模块中，用户生成截面和材料定义，并把它们赋于(Assign)部件。 Assembly（装配件） 所生成的部件存在于自己的坐标系里，独立于模型中的其它部件。用户可使用Assembly模块生成部件的副本（instance），并且在整体坐标里把各部件的副本相互定位，从而生成一个装配件。 一个ABAQUS模型只包含一个装配件。
abaqus应变软化本构模型 abaqus应变软化本构模型是一种常用的材料本构模型，用于描述材料在加载过程中的应变软化行为。本文将介绍abaqus应变软化本构模型的原理和应用。 应变软化是指材料在受到加载时，随着应变的增加，材料的刚度逐渐降低的现象。这种现象在很多材料中都存在，特别是在一些脆性材料中，如混凝土、岩石等。在模拟这些材料的力学行为时，使用abaqus应变软化本构模型可以更准确地描述材料的实际行为。abaqus应变软化本构模型是基于塑性力学理论的，它假设材料的本构关系在弹性阶段和塑性阶段是不同的。在弹性阶段，材料遵循胡克定律，即应力与应变成线性关系。而在塑性阶段，材料的刚度会随着应变的增加而降低，这种现象可以通过引入软化函数来描述。 在abaqus中，常用的应变软化本构模型包括弹塑性本构模型和本构模型。弹塑性本构模型适用于强度较高的材料，如钢材。而本构模型适用于较脆性的材料，如混凝土、岩石等。 在abaqus中，应变软化本构模型的参数可以通过试验数据进行确定。常用的试验包括压缩试验、拉伸试验和剪切试验等。通过对试验数据的拟合，可以得到材料的本构参数，进而进行数值模拟。 应变软化本构模型在工程实践中有着广泛的应用。例如，在土木工程中，模拟混凝土的破坏过程是一项重要的任务。混凝土在受到加
载时会发生应变软化现象，使用abaqus应变软化本构模型可以更准确地模拟混凝土的破坏过程，为工程设计提供可靠的依据。 除了土木工程，应变软化本构模型还可以应用于岩石力学、金属材料力学等领域。在岩石力学中，岩石在受到加载时会发生应变软化现象，使用abaqus应变软化本构模型可以更好地模拟岩石的破坏行为，为岩石工程提供可靠的分析结果。在金属材料力学中，金属材料的应变软化行为对于模拟金属的变形和破坏过程至关重要，使用abaqus应变软化本构模型可以更准确地描述金属材料的力学行为。abaqus应变软化本构模型是一种常用的材料本构模型，可以很好地描述材料在加载过程中的应变软化行为。它在工程实践中有着广泛的应用，可以为工程设计和分析提供可靠的结果。通过合理选择模型参数和进行试验验证，可以进一步提高模拟结果的准确性。
问题积累〔待续〕 1.abaqus如何调整图例的大小，就是云图左上角那个图框，字太小了看不清！！ 直接设置图例的字体大小就可以：工具栏viewport>viewport annotation options>legend(选项卡)>text(选项)>set font(按钮)>size，修改size选项中的数字，就可以修改图例大小了。 2.cohesive element ＡＢＡＱＵＳ 在6.11使用cohesive element，定义cohesive材料属性的时候主要步骤： 1.定义一个材料的名字，比方cohesive，不要去定义任何属性〔弹性，弹塑性等等〕。 2.翻开工具栏model--edit keywords，在inp中手动添加材料的各种属性。 PS: 定义section的时候选cohesive，element control选sweep，element type选cohesive，这些是使用cohesive element的根本步骤。 zero thickness的cohesive section设定abaqus所谓的 zero-thickness，其实就是定义cohesive section的initial thickness=1.0。你可以在定义section的时候定义〔specify〕，也可以用系统默认的thickness〔也是1.0〕，这样有关cohesive element 的计算当中，就有displacement〔位移〕=strain〔应变〕*thickness ( 1.0 )=strain的数值。我们知道从1914年Ingless和1921年Griffith提出断裂力学开始，一直到60年代都停留在线弹性断裂力
1混凝土塑性损伤模型 本节介绍的塑性损伤模型并不能有效模拟混凝土在高围压作用下的力学行为。而只能模拟混凝土和其它脆性材料在与中等围压条件（围压通常小于单轴抗压强度的四分之一或五分之一）下不可逆损伤有关的一些特性。这些特性在宏观上表现如下： •单拉和单压强度不同，单压强度是单拉强度的10倍甚至更多； •受拉软化，而受压在软化前存在强化； •在循环荷载(压)下存在刚度恢复； •率敏感性，尤其是强度随应变率增加而有较大的提高。 概论 混凝土非粘性塑性损伤模型的基本要点介绍如下： 应变率分解 对率无关的模型附加假定应变率是可以如下分解的： 是总应变率，是应变率的弹性部分，是应变率的塑性部分。 应力应变关系 应力应变关系为下列弹性标量损伤关系： 其中是材料的初始（无损）刚度，是有损刚度，是刚度退化变量其值在0（无损）到1（完全失效）之间变化，与失效机制（开裂和压碎）相关的损伤导致了弹性刚度的退化。在标量损伤理论框架内，刚度退化是各向同性的，它可由单个标量d来描述。按照传统连续介质力学观点，有效应力可定义如下： Cauchy应力通过标量退化变量（d）转化为有效应力 对如任何一个给定的材料截面，因子代表承力的有效面积占总截面积的比重（总截面积剪除受损面积）。在无损时d=0，有效应力等于cauchy应力。然而，当损伤发生后，有效
应力比cauchy应力更能代表实际情况，因为损伤后截面承力的是有效无损的面积。因此，可以很方便的用有效应力来建立塑性相关公式。正如后面将要谈论的那样，退化变量的演化是由一组硬化参数和有效应力控制的：即 . 硬化变量 受拉和受压的损伤状态由两个独立的硬化变量和描述，他们分别代表受拉和受压时的等效塑性应变。硬化参数的演化由下式给出（下文将进一步讨论）： 混凝土的微裂纹和压碎由不断增大的硬化变量来描述。这些硬化变量控制着屈服面和弹性刚度退化。他们也与产生新裂纹面所要消耗的断裂能有密切的关系。 屈服函数 屈服函数在有效应力空间内代表一个空间曲面，它决定了失效或损伤的状态。 屈服函数，至于本粘性无关的塑性损伤模型其屈服函数的具体形式稍后详细介绍。 流动法则 根据流动法则，塑性流动由塑性势G来确定，形式为： 式中为非负的流动因子，塑性势也是定义在有效应力空间里的。其具体形式稍后介绍。由于使用的是非相关联流动法则，所以刚度矩阵将会是非对称的。