基于Abaqus建立三维复合材料弹塑性、渐进损伤本构模型-3D VUMAT

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,基于Abaqus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。
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。

2. 建立材料属性



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.


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。


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

6. 将该子程序应用在低速冲击模型中,可以顺利运行。


弹性阶段总应力与总弹性应变之间的关系为
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式中,\varepsilon 是柯西应力,S_{0} 是柔度矩阵,\sigma 是弹性应变。


考虑损伤,有效应力 \sigma _{e} 与实际的应力之间的关系为:

损伤演化准则为:

上述R大于1时,损伤起始,计算w:
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然后计算损伤系数D:

塑性判断
等效应力:

a66=0.146为实验获取的值。
流动应力:

\sigma _{0} 为初始屈服应力,n=3.58和A=7.18e-8为实验值,屈服时有
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使用关联流动法则:

等效塑性应变增量根据下式计算:

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