顯式分析梁單元超彈性不可用

   

   

有次在做一個張拉整體結構分析時，為對比拉力材料對Tensegrity沖擊動態響應的影響，我試了尼龍和橡膠材料，并且對單元類型也進行了不同的嘗試-Beam/Truss Element，當試到B31-超彈性本構這個組合時，Abaqus返回了一個ERROR: "Hyperelasticity or hyperfoam is not available with beam elements in Abaqus/Explicit."

Tensegrity分析（Truss）：左-尼龍線，右-橡皮筋

這個報錯難道是因為橡膠材料的不可壓縮性？帶著疑惑查了查幫助文檔：Abaqus有明確地說明超彈性本構模型可以用于Standard中的梁單元，但沒有提Explicit梁單元能不能用，表達算是比較模糊，因為其他本構模型的介紹中，往往對于禁用單元講的都比較干脆。

 

適用于顯式梁單元的超彈性VUAMT

   

 

后來發現，原來達索官方專門為顯式分析的梁單元提供了一個超彈性本構模型的VUMAT，其應變能函數是基于第一不變量I1的描述，可以通過用戶提供的單軸名義應力-應變數據，計算有限變形框架下的柯西應力，不過目前沒有將其正式內置于Abaqus材料模型中，所以很多人都不知道。涉及到的文件一共有4個（這里討論的是Windows版，Linux版也是4個類似文件）：

beam_hyper-xpl.obj

beam_hyper-xplD.obj

explicitU.dll

explicitU-D.dll

文件需要從官方網站下載，這幾個文件中，凡是名稱以D結尾的，都是雙精度運行時調用的，其中：

 

文件使用方法

   

   

• 方法1

  調用子程序目標文件，以雙精度為例

• 直接執行命令：

abaqus job=jobname user=beam_hyper-xplD double

• 方法2

  利用共享庫，以雙精度為例

• 首先將共享庫文件隨便放入一個文件夾，比如：

E:\SIMULIA\hyperbeamxpl

• 然后修改環境文件，在abaqus_v6.env的最后加上共享庫路徑：

usub_lib_dir='E:\SIMULIA\hyperbeamxpl'

• 執行命令：

abaqus job=jobname double

下面是一個算例驗證，對橡皮筋網拉伸將近100%的應變，并與重物相互作用，結果表明B31單元可以與此VUMAT結合使用，另外，后處理也能渲染出橡皮筋拉伸后的徑向收縮。

Abaqus顯式分析超彈性梁單元B31

后處理梁單元截面渲染

 

材料定義方法

   

   

• 基本定義

可以直接將超彈性材料測試得到的單軸試驗數據（名義應力-應變）復制進入inp文件中*user material關鍵字下的數據行；也可以在界面下輸入，但是要注意補齊空位（每輸2個數據，需要間隔6個0再繼續輸），比較麻煩，建議使用前一種方式直接復制粘貼。

• 附加定義

在顯式分析中，若梁單元只有拉、壓變形，那么使用基本定義中的數據就足夠了；如果梁單元會發生較大的彎曲變形，那么必須在*Beam Section中指定鐵木辛柯梁B31單元截面的*Transverse Shear，即需要知道橫向剪切剛度，如何得到要輸入的數值呢？

首先，將復制顯式模型并替換分析步為Standard類型的分析，然后在 *Preprint, model=yes模式下運行datacheck，最后在生成的dat文件中就能找到橫向剪切剛度了，可以直接用于顯式分析。

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適用于顯式梁單元的超彈性VUAMT（Windows版+Linux版一共8個文件）領取（2021年9月8號截止）→在此公眾號后臺回復關鍵字：

beam_hyper-xpl

系統將自動發送網盤鏈接（7日后失效）。