SMA本構(gòu)
關(guān)注創(chuàng)建者：言峰Kirei 創(chuàng)建時間：2020-08-09
SMA本構(gòu)的視頻教程
ABAQUS中內(nèi)置的SMA本構(gòu)模型（無需UMAT）
采用文獻《用Auricchio ＆ Sacco 本構(gòu)模型分析形狀記憶合金的力學性能》和《形狀記憶合金的細觀力學本構(gòu)模型》中的數(shù)據(jù)、使用ABAQUS內(nèi)置的SMA本構(gòu)模型，詳細講解了各參數(shù)的含義，資料包括 文獻、PPT資料、視頻和inp文件。
￥10 26分鐘 2473播放
查看
SMA本構(gòu)的實例教程
序言： SMA本構(gòu)模型是對SMA在不同溫度下應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的描述。不同于一般的工程材料，在不同環(huán)境下，SMA的力學性能差異很大，很難用一個統(tǒng)一的本構(gòu)模型來表現(xiàn)其所有的力學行為。因此，需要根據(jù)SMA表現(xiàn)得主要力學特征，選擇合適的、精度高的本構(gòu)模型來描述SMA。有針對性的開發(fā)SMA本構(gòu)模型可以降低建模難度，提高計算精度和效率，易于工程推廣。為了利用ABAQUS對SMA進行三維的仿真分析，許多學者進行了UMAT編程，將SMA三維本構(gòu)嵌入ABAQUS中，實現(xiàn)了對SMA構(gòu)件的有限元分析。常用的仿真軟件ANSYS和ABAQUS中包含了SMA的本構(gòu)模型，采用基于Auricchio的多線性簡化模型，能簡單仿真基本的超彈性性能，但無法模擬預應(yīng)變以及復雜且精確的本構(gòu)模型，于是許多學者對SMA的數(shù)值模型進行開發(fā)，如基于有限應(yīng)變的Jaber三維SMA本構(gòu)模型、Lagoudas的統(tǒng)一本構(gòu)模型等等。本貼先介紹了SMA的形狀記憶效益和超彈性的相變與力學過程，然后采用分別采用ANSYS自帶本構(gòu)、ABAQUS自帶本構(gòu)、Jaber三維SMA本構(gòu)模型的UMAT、Lagoudas統(tǒng)一本構(gòu)模型的UMAT進行對比分析，最后針對不同仿真需求給出相應(yīng)的SMA本構(gòu)推薦。
SMA是一類智能合金，具有多種特殊的性能。SMA有兩種主要的相：一種是低溫和高應(yīng)力下穩(wěn)定的馬氏體相，另一種是在高溫、低應(yīng)力下穩(wěn)定的奧氏體相。奧氏體相是SMA的母相，一般具有立方晶體結(jié)構(gòu)。馬氏體具有較低的有序晶體結(jié)構(gòu)按照晶向的不同存在兩種形式：孿晶馬氏體和非孿晶馬氏體。圖1-1為Ni-Ti SMA不同相的晶體結(jié)構(gòu)示意圖，圖中的紅點表示Ni原子，白點表示Ti原子。SMA的主要特征是馬氏體與奧氏體之間的可逆相變，稱為馬氏體相變，這是由于剪切位移而改變晶體結(jié)構(gòu)的切變型相變。這種相變可以由溫度誘導，稱為形狀記憶效應(yīng)。
展開 SMA絲的實驗參數(shù)參考華南理工大學凌育洪博士的學位論文中的相關(guān)章節(jié)
SMA本構(gòu)使用abaqus內(nèi)置的Auricchio 模型超彈性本構(gòu)（2017之前版本需用特殊材料名調(diào)用；2017后版本直接在材料屬性模塊定義）
形狀記憶合金NiTi絲由西安賽特有限公司生產(chǎn)，直徑1mm，Ni含量為55.8%，試件長度200mm，標距100mm。DSC（Differential Scanning Calorimeter）測得該批NiTi絲的相變溫度分別為：Mf =-40.8℃，Ms =5.3℃，As=-26.8℃，Af =12℃，其中Ms和Mf 和分別為馬氏體開始溫度和結(jié)束溫度；As和Af 和分別為馬氏體開始溫度和結(jié)束溫度。材性實驗在華南理工大學力學實驗室的INSTRON5567萬能電子試驗機上進行，實驗時環(huán)境溫度為25℃，高于奧氏體結(jié)束溫度，故該NiTi絲在該實驗溫度下具有超彈性。
展開 形狀記憶合金(Shape Memory Alloy，簡稱SMA)是具有形狀記憶效應(yīng)的一種新型材料。形狀記憶合金在外力下產(chǎn)生塑性變形，去掉外力后變形不能完全恢復，但將合金加熱到一定的溫度后，其變形消失，恢復到原始形狀。
形狀記憶合金最典型的特征包括形狀記憶效應(yīng)和超彈性。形狀記憶效應(yīng)是指通過加熱使材料溫度達到Af以上時，馬氏體相變?yōu)閵W氏體，材料最終恢復原始形狀，如圖1所示
圖 1 形狀記憶效應(yīng)示意圖
超彈性則是指，當材料所處的環(huán)境溫度高于奧氏體相變結(jié)束的臨界溫度 Af，材料處于奧氏體相的熱力學穩(wěn)定狀態(tài)，馬氏體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在此溫度下，應(yīng)力誘發(fā)的馬氏體相變與溫度誘發(fā)的馬氏體相變有所不同，應(yīng)力誘發(fā)相變所產(chǎn)生的馬氏體并不是自相適應(yīng)的，材料會產(chǎn)生很大的變形(大于 5%)；卸載以后材料產(chǎn)生的變形將會完全消失。超彈性示意圖如圖2所示
圖2 超彈性示意圖
為了在Abaqus中模擬形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)以及超彈性行為，我們可以通過編寫Umat/Vumat子程序來實現(xiàn)。但是由于編寫子程序需要很高的門檻，同時也需要花費大量時間精力，因此本文向大家介紹了一種直接調(diào)用Abaqus內(nèi)部SMA材料本構(gòu)的方法。
SMA內(nèi)置本構(gòu)的調(diào)用方法與自編子程序相比更加便捷，無需安裝Fortran開發(fā)環(huán)境。同時Abaqus內(nèi)置的SMA子程序適用于隱式分析和顯示分析。
通過Abaqus模擬得到的SMA單向拉伸載荷位移曲線如下所示
展開 
SMA本構(gòu)的相關(guān)專題、標簽、搜索
SMA本構(gòu)的最新內(nèi)容
SMA絲的實驗參數(shù)參考華南理工大學凌育洪博士的學位論文中的相關(guān)章節(jié)
SMA本構(gòu)使用abaqus內(nèi)置的Auricchio 模型超彈性本構(gòu)（2017之前版本需用特殊材料名調(diào)用；2017后版本直接在材料屬性模塊定義）
形狀記憶合金NiTi絲由西安賽特有限公司生產(chǎn)，直徑1mm，Ni含量為55.8%，試件長度200mm，標距100mm。
序言： SMA本構(gòu)模型是對SMA在不同溫度下應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的描述。不同于一般的工程材料，在不同環(huán)境下，SMA的力學性能差異很大，很難用一個統(tǒng)一的本構(gòu)模型來表現(xiàn)其所有的力學行為。因此，需要根據(jù)SMA表現(xiàn)得主要力學特征，選擇合適的、精度高的本構(gòu)模型來描述SMA。有針對性的開發(fā)SMA本構(gòu)模型可以降低建模難度，提高計算精度和效率，易于工程推廣。
但是由于編寫子程序需要很高的門檻，同時也需要花費大量時間精力，因此本文向大家介紹了一種直接調(diào)用Abaqus內(nèi)部SMA材料本構(gòu)的方法。
SMA內(nèi)置本構(gòu)的調(diào)用方法與自編子程序相比更加便捷，無需安裝Fortran開發(fā)環(huán)境。同時Abaqus內(nèi)置的SMA子程序適用于隱式分析和顯示分析。
通過Abaqus模擬得到的SMA單向拉伸載荷位移曲線如下所示
