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Johnson-Cook 参数库

304L 不锈钢(薄壁管)

薄壁管材,退火态,按管件实测标定 · Abaqus 材料名 AISI_304L_ThinTube_JC

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这组参数标定时用的温度单位是 KJC 参数按标定时的温度单位配套使用,换单位需要整套重新标定,不能加减 273 换算。 下面表里的熔点与参考温度都按 K 填, 模型里的温度场(初始温度、预定义场、热分析结果)必须用同一套。

密度与弹性

density8e-9t/mm³,tonne-mm-s 单位制
E215600MPa
ν0.29泊松比

Johnson-Cook 硬化

σ = (A + B·εⁿ) · (1 + C·ln(ε̇/ε̇₀)) · (1 − ((T−T₀)/(T_melt−T₀))^m)

A433.6MPa,参考条件下的屈服强度
B1037.1MPa,硬化模量
n0.8207硬化指数,无量纲
m1.1975热软化指数,无量纲
T_melt1439.65熔点,K。超过它 Abaqus 认为材料完全失去承载能力
T₀298.15参考温度(转变温度),K。低于它不计温度软化

在 Abaqus 里对应 Plastic 里选 Hardening: Johnson-Cook。插件会自动写成hardening=JOHNSON_COOK,不用手填。

应变率相关

C0.02064应变率敏感系数,无量纲
ε̇₀0.0011103参考应变率,1/s。公式里 ln(ε̇/ε̇₀) 的分母

准静态分析里这一项基本不起作用(ε̇ ≈ ε̇₀ 时括号内为 1)。 它是给冲击、切削、跌落这类高应变率问题用的。

Johnson-Cook 失效

ε_f = (d1 + d2·exp(d3·σ*)) · (1 + d4·ln(ε̇/ε̇₀)) · (1 + d5·T*)

d10.3202
d20.09706
d3-3.011应力三轴度项的指数系数
d4-0.13473应变率项
d5-0.002808温度项
ε̇₀0.0011103失效式用的参考应变率,1/s。不一定与硬化式同值,按出处原文

这条只有失效起始,没有损伤演化。出处只标定到 d1~d5,断裂能和失效位移没测,我们就不给 —— 凑一个数上去等于编数据。 导进 Abaqus 后材料里会有 Johnson-Cook Damage Initiation,但没有 Damage Evolution,单元不会被删除。要做穿透、破片这类分析,得自己按试验补一个演化参数。

d1 或 d3 是负数,这不是抄错。JC 失效式里 d1 是常数项、d3 乘在 exp 上,两者的符号取决于拟合,负值在文献里很常见。 Abaqus 也不要求它们为正。如果你手上的资料给的全是正数,先确认它用的是不是同一个符号约定 (有些文献把 exp(d3·σ*) 写成 exp(−d3·σ*))。

失效要生效还得两个前提:单元类型支持单元删除,且 Step 里开了 Element deletion。只填参数不设这两项,模型会一直算下去不破坏。

数据出处

Klein D, "Transfer Tube Material Properties Obtained from Test Data", 2024-08-07, OSTI 2540239(美国能源部公开报告), Table 18 与附录 LS-DYNA 输入卡

应力单位已从报告的 Pa 换成 MPa(A 434E6 Pa → 433.6 MPa,B 1.0371E9 Pa → 1037.1 MPa),取的是附录输入卡的全精度值,不是正文表里的三位有效数字。d3 在附录卡片里和 d4 挤在同一串字符里,负号按正文 Table 18 的 −3.01 判定。这套参数是对薄壁管标定的,用到板材或棒材上要重新验。

这是公开文献里的标定值,只在原文的应变率与温度区间内可信。 正式设计请以自己的试验数据为准。

这条数据的已知问题

  • damage.evolution这条只有失效起始准则,没有损伤演化。导进去材料能建起来,但单元不会被删除 —— 要做穿透、破片这类分析,得自己按试验补一个断裂能或失效位移。

导入需要 Abaqus 材料参数导入插件 1.2.1 及以上版本。插件说明。也可以看复合材料参数库