Abaqus 中的Built-in材料模型
目录
1- Johnson-Holmquist (JH-1&JH-2) & Johnson-Holmquist-Beissel (JHB) 用于陶瓷和脆性材料2- Holmquist-Johnson-Cook (HJC) 混凝土模型3- LaRC05 复合材料失效准则4- 循环塑性的多线性运动硬化模型5- 用于NiTi合金弹塑性模拟的 UMAT 和 VUMAT 程序6- 塑料的 Abaqus/Explicit 材料模型7- Fabric纺织面料的材料模型8- 用于织物增强复合材料的 VUMAT9- 用于粘弹性橡胶类材料的Bergstrom-Boyce 模型的 Abaqus/Explicit VUMAT
ABAQUS 有许多鲜为人知的内置材料模型，其本构隐藏在后台代码，实际上却容易使用，免去了自编Subroutine的大难题。这些模型采用隐藏子程序的形式，如 UMAT、VUMAT、UVARM、UDMGINI 等，其代码可在 Abaqus 安装目录中找到，但无法通过用户界面访问。在这里，我将为大家介绍都有哪些内置材料模型。
1- JH(JH2)或JHB材料模型
为了预测脆性材料（例如陶瓷）的损坏，可以使用 Abaqus/Explicit 的 VUMAT 子程序形式的材料模型，从 Abaqus 6.10 版本开始便使用。在此模型中，可以实现删除元素。求解速度也还不错，取决于元素的数量。这些材料模型有 23 个输入常数并显示 8 个输出变量可视化结果。其相当于LS-Dyna 软件中一个类似的模型，在其材料库中名为 *MAT_JOHNSON_HOLMQUIST_CERAMICS。
2- HJC 混凝土模型
Abaqus 6.10 发布时，Holmquist、Johnson 和 Cook (HJC) 提出的冲击载荷条件下混凝土的本构模型以 Abaqus/Explicit 的内置用户材料的形式提供。该模型旨在模拟在大应变、高应变率和高压下混凝土的力学响应和破坏行为。该模型采用 VUMAT 子程序的形式， 需输入 23 个材料属性并显示 7 个输出变量以可视化结果。
3- LaRC05 复合材料失效准则
该失效标准适用于由单向层组成的层压聚合物基纤维增强复合材料，并以两个内置用户子程序的形式实施：
第一个是内置的 UVARM 用户子程序，用于评估 LaRC05 损伤标准并提供损伤容限的输出。该选项可用于 2D 和 3D 应力状态，并支持平面应力单元（S4、S3、S4R、S3R）、连续体壳（SC6、SC6R、SC8、SC8R）、平面应力（CPS 系列）、膜（M3D族）单元和三维应力-位移连续单元（C3D4、C3D6、C3D8R、C3D10M）。
第二个选项是内置的损伤引发 (UDMGINI) 用户例程，可与 XFEM 丰富的元素一起使用，以评估裂纹萌生和扩展的开始。它仅适用于 3D 应力状态和支持 XFEM 的 3D 应力-位移连续单元族。它仅适用于 Abaqus/Standard 求解器，于 2017 年推出。此材料模型需输入 15 个材料属性并显示 4 个输出变量以可视化结果。
4- 循环塑性的多线性运动硬化模型
对于 Abaqus/Standard 6.6 版本及更高版本，以 UMAT 用户子程序的形式提供了多线性运动硬化本构模型（也称为叠加模型）。该模型基于 Besseling 的研究工作。假设材料具有不同的子体积，这些子体积具有不同的屈服强度，但弹性模量相同，总应变相同。 每个子体积的行为是完全弹塑性的。 当多个子体积组合在一起时，可以对复杂的材料行为（例如多线性硬化和包辛格效应）进行建模。 该模型可用于模拟金属材料的疲劳和棘轮。
Abaqus 内嵌材料循环塑性的多线性运动硬化模型
5- 用于NiTi合金弹塑性模拟的 UMAT 和 VUMAT 程序
对于 Abaqus 6.5-1 及更高版本，Abaqus/Standard 和 Abaqus/Explicit提供在有限应变下模拟合金（例如镍钛合金（一种常用于医疗器械，如心血管支架和正畸线材）的超弹性行为的内置用户材料本构模型提供了。该模型已经过很好的测试，并且在所有适用元素上都表现出色。镍钛等合金表现出超弹性行为，因为它们在奥氏体相和马氏体相之间经历可逆相变，这两个相都是线弹性的。这种转变产生了大量的应变，在卸载时是可逆的。
该模型基于应变分解，其中总应变被视为弹性应变、转变应变和塑性应变的总和。一旦材料加载超过完全转变，塑性应变就会发展。转变应变约为 6%，但弹性应变要小得多，应限制在最大 2%。由于与金属中的典型弹性应变相比，转变应变较大，因此该材料被称为超弹性。
模型所需的材料数据是从单轴试验的直接获得的。这些数据表征了加载、卸载和反向加载过程中相变的开始和结束。考虑了奥氏体相和马氏体相的不同弹性常数，并允许用户控制体积转变应变。温度效应也包括在内。支持该材料模型的单元有：3D 实体、平面应变、轴对称、平面应力、3D 壳单元、
3D 膜单元、3D梁单元。
6- 塑料的 Abaqus/Explicit 材料模型
适用于 Abaqus 6.8 及更高版本， Abaqus/Explicit 包含一个用于模拟模制塑料的本构模型。它被实现为内置的 VUMAT 用户子例程。该模型旨在模拟模制热塑性材料在动态载荷下的机械响应和失效行为，例如在碰撞和跌落应用中。该模型适用于纤维增强和非增强塑料，并考虑了与方向相关的塑性和失效特性。该模型目前支持平面应变、平面应力和使用完全或缩减积分的 3D 单元，这包括壳、连续壳、膜、3D 实体、2D 轴对称和广义平面应变单元。Abaqus/Explicit 目前不支持小应变壳单元 (S4RS) 中的用户材料。
7- Fabric纺织面料的材料模型
编织物用于各个行业的许多工程应用，包括汽车安全气囊、船帆、降落伞等柔性结构产品，复合材料中的加固、建筑屋顶结构中的建筑表现、军队、警察和其他安全领域的防护背心，以及飞机机身周围的保护层。Abaqus FABRIC 模型是基于用户子程序的材料，用于在 Abaqus 中模拟机织织物。因此，如果您想对编织复合材料的材料损伤进行建模和预测，您不再需要编写子程序，您可以使用相同的现成且有吸引力的模型。
8- 用于织物增强复合材料的 VUMAT
它是在 Abaqus/Explicit 6.8 中引入的，该模型已作为内置的 VUMAT 用户子程序实现。该模型目前支持平面应力单元；这包括壳（S4R 和 S3R）、连续体壳（SC6R 和 SC8R）、平面应力（CPS 系列）和膜（M3D 系列）单元。ABAQUS/Explicit 目前不支持用于小应变壳单元 (S4RS)。织物增强层被建模为均匀的正交各向异性弹性材料，由于纤维/基体开裂和剪切载荷下的塑性变形，有可能保持刚度逐渐下降。该模型能够实现删除单元。它有16个输出变量显示在可视化模块中，得到7个弹性参数，19个损伤参数材料数据输入。
9- 用于粘弹性橡胶类材料的Bergstrom-Boyce 模型的 Abaqus/Explicit VUMAT
粘弹性橡胶类材料通常在循环载荷中表现出滞后现象。这种行为是由长分子相互摩擦滑动引起的。Bergstrom 和 Boyce 在实验中观察到，填充和未填充的弹性体在循环加载期间都显示出显着的滞后量，并且填充和未填充的弹性体都依赖于应变率。基于 Bergstrom 和 Boyce 的工作，该模型用于模拟类橡胶弹性体中的大应变、时间相关的滞后行为。
Bergstrom-Boyce 模型内置材料的 Abaqus/Explicit VUMAT
除了这些模型之外，还有其他 6 个模型，以后再跟大家分享。正如您所看到的那样，Abaqus 提供了各类材料模型，一致能真实的模拟真实世界的物理现象。
