1.問題描述

① 本例模擬了粉末狀材料在圓柱形模具中進行壓縮固化的過程

②  模擬的工藝流程包括：加載（壓縮）、卸載、脫模

③  粉末體采用Cap Plasticity（Modified Drucker-Prager/Cap）材料模型，并結合USDFLD進行建模

④  不考慮壓縮過程的溫度變化

模壓示意圖

     2.材料模型介紹

①   粉末材料的特點

與致密材料不同，粉末材料由眾多細小的顆粒構成，且顆粒之間存在空隙，在壓縮過程中，粉體的體積會明顯減小，密度會顯著增加。另外，粉末材料的的材料屬性如屈服條件、硬化規律等都與其密度密切相關。因此在仿真分析的過程中，勢必要考慮粉體密度變化對材料屬性的影響。

②   USDFLD在材料模型中的作用

由于ABAQUS自帶的材料模型參數為固定值，難以準確模擬粉末壓縮的大壓縮比問題，因此需要進行USDFLD子程序二次開發，嵌入材料屬性隨粉體密度的變化規律，提高仿真分析的準確性。

具體方法為：將粉末材料的相對密度定義為場變量f1，并將粉末材料的彈性特性、屈服條件、硬化規律的相關參數均定義為f1的函數。

③   材料模型的選擇

‐ 彈性階段：各向同性線彈性材料模型，彈性模量和泊松比均定義為相對密度f1的函數

‐    塑性階段：Cap Plasticity（Modified Drucker-Prager/Cap）材料模型，該模型可同時控制材料的剪切行為，壓縮導致的屈服過程，以及剪切作用下的無限剪脹，定義該模型的各參數為相對密度為f1的函數

密度對Modified Drucker-Prager/Cap模型的影響

     3.操作流程

①   創建粉末體和模具的幾何模型，并建立裝配體。為簡化計算，使用軸對稱模型進行建模。粉末體建立為柔性體，模具建立為解析剛體。

③   建立分析步，設置輸出變量。根據工藝流程，分別創建壓縮、卸載、脫模的分析步。選擇Static General分析類型，具體參數如下圖所示，其中Incrementation參數可根據收斂情況進行適當調整。為方便查看程序的運行情況，在Field Output中需選擇輸出場變量FV和狀態變量SDV。

④   劃分網格，設置單元類型和參數，如下圖所示。

⑤   建立接觸關系。采用庫倫摩擦模型，摩擦系數為0.2。分別建立粉末體與上模具、下模具、固定模具之間的接觸對。注意脫模過程需要將粉末體-上磨具的接觸對設置為inactive狀態。

⑥   施加約束。約束固定模具保持靜止，根據工藝流程設置上模具、下模具的位移量。

⑦   創建Job，選擇USDFLD文件，設置并行計算參數，提交分析任務。

     1.后處理

在本案例中，利用ABAQUS軟件的USDFLD接口進行Fortran程序編寫，實現了材料本構模型參數隨著模壓過程中相對密度的變化而變化，從而在時間和空間兩個維度上描述了材料屬性的不均勻性（譬如，彈性模量在空間上的非均勻分布和在時間上的持續演化），極大的拓展了ABAQUS軟件的使用范圍。