3D VUMAT:Abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型

对于纤维增强复合材料的模拟,在ABAQUS中,集成了二维Hashin失效准则与多种损伤演化准则,但缺少三维的复合材料本构模型。

参考一篇已发表的SCI文章,使用Fortran语言建立三维平纹织物复合材料弹塑性、渐进损伤本构模型-Vumat子程序。平纹织物复合材料在1方向和2方向丝束性能近似相同。



首先介绍该子程序的使用方法与效果

1. 在ABAQUS中建立三维复合材料模型,这里建立一个简单的方块。赋给材料方向,1,2方向分别表示丝束的方向,3方向表示垂直于1,2的方向,也就是面外方向。

abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图1



2. 建立材料属性

abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图2abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图3

abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图4



3. 建立显示Explicit计算时间步,时间0.005,在场输出中勾选输出 SDV和 STATUS.

abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图5

abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图6



4. 划分网格,赋给Explicit 3D stress单元类型,边界条件根据需要设定即可,此处不再赘述。此处划分为一个单元,使用12方向往复加载卸载。建立Job,提交模型前在Job中选择该子程序,设置双精度计算。

abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图7

abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图8



5. 查看结果,等效塑性应变在卸载时没有变化,再次加载时剪切应力按照原来的路径返回,剪切损伤在卸载时也保持不变。

abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图9



6. 将该子程序应用在低速冲击模型中,可以顺利运行。

abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图10



接下来简要介绍该子程序的相关理论,子程序、参考的论文名称以及输入材料参数的对应含义打包在附件中。

弹性阶段总应力与总弹性应变之间的关系为

abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图11

式中,abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图12是柯西应力,S0是柔度矩阵,;是弹性应变。

abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图14



考虑损伤,有效应力与实际的应力之间的关系为:

abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图16



损伤演化准则为:

abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图17



上述R大于1时,损伤起始,计算w:

abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图18



然后计算损伤系数D:

abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图19



塑性判断

等效应力:

abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图20

a66=0.146为实验获取的值。

流动应力:

abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图21

σ0为初始屈服应力,n=3.58和A=7.18e-8为实验值,屈服时有

abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图22

使用关联流动法则:

QQ截图20221214111023.jpg

等效塑性应变增量根据下式计算:

abaqus三维复合材料弹塑性+渐进损伤本构模型-3D VUMAT的图24


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