粘彈塑性
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Abaqus Umat 開發系列課程（四）——UMAT編寫技巧
UMAT編寫技巧課程內容簡介 UMAT調用接口及變量說明 UMAT應力顯式積分方法簡介 UMAT應力隱式積分方法簡介 粘彈塑性模型UMAT子程序經驗分享 UMAT常用子函數的編寫（一） UMAT常用子函數的編寫（二） UMAT編寫常見錯誤分析 UMAT學習資料及代碼分享
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粘彈塑性的實例教程
傳統西原模型是目前可以比較好地描述巖石蠕變過程曲線的元件模型，但是，西原模型使用的元件為黏彈、黏塑性元件（如圖1），難以描述巖石屈服破壞后進入加速階段的蠕變變形?；骂A報，特別是臨滑預報在地質災害防治領域具有重要意義。
通過編寫abaqus UMAT子程序，可得到如下結果：
（1）應力狀態較小時，僅發生彈性應變和粘彈性應變，最后隨時間趨于穩定值。
（2）單元屈服時，發生粘彈塑性應變，應變隨加載時長逐漸增加，但尚未達到觸發應變，曲線呈現兩階段特性。
（3）隨著加載時長的增加，應變進一步增加，超越觸發應變后，進入快速蠕變階段，應變快速增加，曲線呈現三階段蠕變特性。
參考文獻：
[1] 齊亞靜, 姜清輝, 王志儉, 等. 改進西原模型的三維蠕變本構方程及其參數辨識[J]. 巖石力學與工程學報, 2012, 31(2): 347-355.
[2] 沈才華, 張兵, 王媛, 等. 基于DP屈服準則的西原本構模型及其運用[J]. 地下空間與工程學報, 2016, 12(2): 402-407.
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展開 對此在通用結構仿真軟件中調用VISC_CIN2_CHAB模型，這是一種Chaboche 類型的新粘彈塑性行為模型，包括兩個隨動強化和一個非線性各向同性強化。同時使用宏命令MACR_RECAL對所研究的歧管材料，牌號為10CD9-10鋼的行為規律進行了識別，并成功地與 MMC 部門通過 SIDOLO識別的結果進行了比較。
圖3 MACR_RECAL識別結果驗證
03 結果
在降溫循環過程中，冷沖擊結束時，如圖4所示，在接頭部分承受著較大的溫度梯度。同時，如圖5所示，該處的溫度梯度會引起較大的應力分布，接頭部分會顯示出疲勞問題，因此，疲勞現象僅局限于具有很大溫度梯度的部分。
圖4 冷沖擊結束后的溫度場（℃）
圖5 冷沖擊結束后的應力分布
使用IMPR_TABLE功能以表格的形式輸出關鍵部位上的累積塑性形變結果，將兩種設計的歧管的累積塑性形變進行對比，降溫瞬態下的塑性變形結果如圖6所示，與原本設計相比，壁厚更薄的歧管疲勞損傷更小，厚度減少20%的設計，其使用壽命增加約43%，疲勞損傷計算結果見表1。在以后的計算中將考慮包括蠕變造成的損害。為此，將之前計算的結果用于所研究的兩種設計，以確定蠕變損傷情況。最終使用疲勞-蠕變相互作用的非線性模型可以在一定的可信度下評估歧管受到該典型負載時的壽命。
圖6 減溫循環期間在塑性最大應力的高斯積分點處累積塑性變形（%）
表1 疲勞損傷計算(Manson-Coffin曲線)
04 總結
在通用結構仿真軟件中使用VISC_CIN2_CHAB定義的新粘彈塑性行為模型可對部件機械疲勞與蠕變行為進行模擬，從而對其壽命進行預測，為將來重要部件的設計與日常維護提供了新方法。本次模擬結果表明可以通過降低歧管壁厚的方法降低因冷沖擊帶來的機械疲勞現象。
展開 問題描述：
算一個粘彈塑性的UMAT,在進入塑性之后，計算一定增量步后，DSTRAN顯示為NaN，之后應力應變計算結果均為NaN.
解決辦法：
這個問題我一開始也很蒙，原先想的是DSTRAN是abaqus給的，怎么會是NaN呢？
后來看了一些資料，自己也思考了一下，認為DSTRAN并不是abaqus給的這么簡單，我們這里去想一下DSTRAN是怎么樣算出來的？
DSTRAN實際上是求解紅框中的方程算出來的，那么這樣的話，DSTRAN之所以會變成NaN，就要去兩個地方找原因，要么是DDSDDE雅克比矩陣出了問題，要么是單元應力F出了問題，有了方向之后，去相應出現問題的迭代步去一步步調試看計算輸出，便可以比較方便找到問題。
另外，有很多奇形怪狀的問題都是由于計算步長過大引起的，建議減小步長試試。
展開 ·軟件中包含了多種巖土體的屈服準則和粘彈塑性模型
·軟件采用Microsoft公司的基于COM的組件編程思想。這不僅有利于程序人員的開發和維護，而且提供了一個供用戶進一步擴充軟件功能的開放式接口。
·輸入的原始數據高度共享，支持多種圖件，具有較強的統計功能和圖件輸出能力。
·軟件界面美觀、安裝方便、使用簡單。菜單、加速鍵、工具條、狀態欄、詳盡的在線幫助，使分析人員隨時知道下一步該做什么。
·軟件滿足從初學者到專家在內所有用戶的需要。盡管該程序具有廣泛和復雜的功能，但其組織結構和友好的用戶界面使其易學易用。
前者又可分為彈性（包括線性、非線性）和塑性（包括理想塑性、應變硬化、應變軟化）兩種，其中塑性本構關系常用增量的形式給出；后者又可分為無屈服的──粘彈性（包括線性、非線性）和有屈服的──粘塑性兩種。
以上這些本構關系還可以進一步組合，如組合成彈塑性本構關系、粘彈塑性本構關系等。
應用
材料的本構方程與力學中普遍適用的基本方程(如平衡方程或運動方程)一起組成完備的方程組，可以在一定的初始條件和邊界條件下求解，得出需求的未知量。材料本構關系定義材料的理想力學模型，如線性彈性本構關系定義線性彈性體，彈塑性本構關系定義彈塑性體。這些理想力學模型是不同力學分支（如彈性力學、塑性力學）的研究對象。事實上，力學的一些分支就是以材料本構關系區分的。
在水利工程中，常用的材料，如混凝土、巖石和土等，都有其相應的本構關系，可用于工程結構和地基的力學分析。其中用得較多的是線性彈性本構關系。它的數學表達式簡單，應用方便，又能反映這些材料的主要力學性質。為了有更好的近似，可采用非線性彈性或彈塑性本構關系。這些本構關系比較復雜，是力學中的重要研究課題。此外，描述混凝土材料的蠕變、松弛等性質也有專門的本構關系。
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對此在通用結構仿真軟件中調用VISC_CIN2_CHAB模型，這是一種Chaboche 類型的新粘彈塑性行為模型，包括兩個隨動強化和一個非線性各向同性強化。同時使用宏命令MACR_RECAL對所研究的歧管材料，牌號為10CD9-10鋼的行為規律進行了識別，并成功地與 MMC 部門通過 SIDOLO識別的結果進行了比較。
3.6 新增粉末材料本構算法模型
新的粉末成形分析可采用粘彈性、彈塑性、粘彈塑性本構進行計算，新的本構通過DEF_POROUS.DAT文件，可選擇設置Green、Oyane、Shima-Oyane、Modified Gurson及Kuhn-Downey模型。
（2）單元屈服時，發生粘彈塑性應變，應變隨加載時長逐漸增加，但尚未達到觸發應變，曲線呈現兩階段特性。
（3）隨著加載時長的增加，應變進一步增加，超越觸發應變后，進入快速蠕變階段，應變快速增加，曲線呈現三階段蠕變特性。
參考文獻：
[1] 齊亞靜, 姜清輝, 王志儉, 等. 改進西原模型的三維蠕變本構方程及其參數辨識[J].
固體力學根據研究內容分以下學科材料力學、結構力學、彈性力學、塑性力學、粘彈塑性介質力學、強度理論、變形固體動力學和實驗應力分析。
Ansys Mechanical提供目前全球最強大的固體力學求解功能，材料力學、結構力學、彈性力學、塑性力學、粘彈塑性介質力學、強度理論和變形固體動力學學科，已經完全集成在Ansys Workbench平臺下。
問題描述：
算一個粘彈塑性的UMAT,在進入塑性之后，計算一定增量步后，DSTRAN顯示為NaN，之后應力應變計算結果均為NaN.
解決辦法：
這個問題我一開始也很蒙，原先想的是DSTRAN是abaqus給的，怎么會是NaN呢？
關鍵詞四：專用材料數據庫
自帶材料模型，包括彈性、剛（粘）塑性、彈塑性、熱剛（粘）塑性和粉末介質材料模型。
關鍵詞五：網格自動重分
計算中大變形部位網格全自動重新剖分，完全智能化，勿須人工干涉。
以上這些本構關系還可以進一步組合，如組合成彈塑性本構關系、粘彈塑性本構關系等。
應用
材料的本構方程與力學中普遍適用的基本方程(如平衡方程或運動方程)一起組成完備的方程組，可以在一定的初始條件和邊界條件下求解，得出需求的未知量。材料本構關系定義材料的理想力學模型，如線性彈性本構關系定義線性彈性體，彈塑性本構關系定義彈塑性體。
專用材料數據庫
ü 包括彈性、剛（粘）塑性、彈塑性、熱剛（粘）塑性和粉末介質材料模型。 網格自動重分功能
ü 計算中大變形部位網格全自動重新剖分，完全智能化，勿須人工干涉。
DEFORM 用來分析變形、傳熱、熱處理、相變和擴散以及晶粒組織變化等。
PRONY——粘彈塑性材料的Prony常數選項，更多內容詳見“PRONY Specifications”。
PZRS——壓阻材料選項，更多內容詳見“PZRS Specifications”。
·軟件中包含了多種巖土體的屈服準則和粘彈塑性模型
·軟件采用Microsoft公司的基于COM的組件編程思想。這不僅有利于程序人員的開發和維護，而且提供了一個供用戶進一步擴充軟件功能的開放式接口。
·輸入的原始數據高度共享，支持多種圖件，具有較強的統計功能和圖件輸出能力。
·軟件界面美觀、安裝方便、使用簡單。
