abaqus泡沫本構(gòu)
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-02-27
abaqus泡沫本構(gòu)的視頻教程
ABAQUS模擬纖維混凝土受彎梁三點(diǎn)彎-CDP損傷本構(gòu)與XFEM斷裂本構(gòu)結(jié)果對(duì)比
ABAQUS模擬纖維混凝土受彎梁三點(diǎn)彎-CDP損傷本構(gòu)與XFEM斷裂本構(gòu)結(jié)果對(duì)比
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ABAQUS本構(gòu)
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abaqus泡沫本構(gòu)的實(shí)例教程
低密度泡沫變形特點(diǎn)
我們都知道，低密度泡沫材料大都是多孔介質(zhì)，這類材料在壓縮時(shí)的變形很有意思?？聪旅孢@個(gè)圖：
從圖里很容易就能看出，隨著載荷的增加，初始階段變形線性增加，隨后載荷-變形曲線趨于平緩，也就是說變形大了，力沒上去。最絕的是，到后面，力又陡然升上去了。
這個(gè)現(xiàn)象主要因?yàn)?，加載前期材料為彈性，隨著變形的增加，此時(shí)泡沫的氣孔開始被壓垮，進(jìn)入屈服，簡(jiǎn)單理解這個(gè)時(shí)候就是在壓空氣，因此力增加幅度不大。到后期，氣孔壓完了，泡沫被壓實(shí)了，此時(shí)泡沫的密度變的很大，相當(dāng)于硬化了，很小的位移都需要很大的力加載。
現(xiàn)象很有意思，但是如何用建立對(duì)應(yīng)的本構(gòu)就不容易了。目前主流的方法是，基于現(xiàn)有泡沫本構(gòu)關(guān)系框架，通過試驗(yàn)確定里面的各項(xiàng)參數(shù)。而這個(gè)本構(gòu)關(guān)系框架，也是大量的研究和試驗(yàn)擬合出來的。
LS-DYNA針對(duì)低密度泡沫使用的方法很有意思，類似于一種疊加法，把兩種本構(gòu)疊加起來實(shí)現(xiàn)上面描述的效果。
本文就介紹下LS-DYNA的低密度泡沫理論，并且通過ABAQUS UMAT實(shí)現(xiàn)。
2. 本構(gòu)理論
LS-DYNA是如何實(shí)現(xiàn)的呢？看下面的圖就明白了。給出兩種本構(gòu)關(guān)系疊加：
(1) 隨著變形的增加，載荷先增加后趨于平緩；
(2) 隨著變形的增加，載荷一直增加，但是前期增加幅度小，后面載荷的增速不斷變大；
(3) 上面兩種合在一起就是低密度泡沫的變形特點(diǎn)。
第一種本構(gòu)描述如下：
第二種本構(gòu)描述如下：
3. 算例
在UMAT中完成上述本構(gòu)的編寫。
3.1 模型
考慮立方體的壓縮，如下圖。
展開 我們知道一個(gè)有限元模型的準(zhǔn)確性與模擬材料的本構(gòu)模型選取之間具有不可分割的直接關(guān)系，那么就有必要對(duì)常見描述混凝土材料的本構(gòu)模型進(jìn)行對(duì)比分析，這也是本案例實(shí)施的意義所在。
2研究問題描述
基于上述對(duì)混凝土本構(gòu)模型的思考及筆者使用聯(lián)合仿真的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)基于ABAQUS的非關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則混凝土損傷模型與基于ANSYS/LSDYNA軟件的JHC本構(gòu)模型進(jìn)行了理論上的分析，分別通過ABAQUS軟件建立了混凝土框架模型并使用對(duì)應(yīng)損傷模型、使用LSDYNA建立混凝土材料的JHC模型，最后對(duì)比觀察材料的損傷分布效果。
3混凝土損傷本構(gòu)模型分析
3.1基于ABAQUS的非關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則的混凝土損傷模型
在ABAQUS中，創(chuàng)建混凝土材料的本構(gòu)模型是通過工具箱中的create material命令進(jìn)行的。模型首先定義混凝土的基本彈性屬性，主要是彈性模量、泊松比、密度。之后再定義混凝土損傷塑性塑性，主要是膨脹角、塑性勢(shì)偏移量、雙軸受壓初始屈服應(yīng)力與單軸受壓初始屈服應(yīng)力比值、K值、黏度系數(shù)五個(gè)參數(shù)。這些參數(shù)通過查閱《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》均可以得到準(zhǔn)確的參數(shù)值。最后通過定義混凝土損傷系數(shù)完成整個(gè)混凝土本構(gòu)模型的建立，綜上，得出的混凝土材料的本構(gòu)參數(shù)如表1所示。本文以已經(jīng)建立的鋼筋混凝土框架模型為例，在ABAQUS中對(duì)其進(jìn)行混凝土材料本構(gòu)參數(shù)的操作如圖1所示。
圖1混凝土材料本構(gòu)參數(shù)設(shè)置
分析：在損傷系數(shù)的定義中，應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)，
1.ABAQUS的混凝土損傷本構(gòu)模型采用的是非關(guān)聯(lián)的流動(dòng)法則，其中系數(shù)Dilation Angle，即膨脹角控制著塑性勢(shì)函數(shù)開口的大小。膨脹角越小，材料越容易破壞，那么相應(yīng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)構(gòu)就偏向安全，但膨脹角越小就越不容易收斂。因此，膨脹角的取值應(yīng)當(dāng)適中，本案例中混凝土本構(gòu)參數(shù)中的膨脹角取值一般在30~35之間，取30。
展開 當(dāng)我們用abaqus模擬沖擊動(dòng)力學(xué)問題時(shí)，經(jīng)常會(huì)考慮使用Johson-Cook本構(gòu)，而正確輸入材料本構(gòu)的各參數(shù)，對(duì)我們的仿真結(jié)果意義重大，今天我們就來介紹下abaqus中JC本構(gòu)的各參數(shù)識(shí)別問題。
Johnson-Cook塑性模型是一種具有硬化規(guī)律和速率依賴的解析形式的米塞斯塑性模型，主要適用于許多材料的高應(yīng)變率變形模擬，包括大多數(shù)金屬。
通常用于絕熱瞬態(tài)動(dòng)態(tài)模擬;與Abaqus/Explicit中的Johnson-Cook動(dòng)態(tài)失效模型結(jié)合使用;Abaqus/Explicit中，可以結(jié)合拉伸破壞模型來模擬拉伸剝落或壓力斷口;可與漸進(jìn)損傷和失效模型(漸進(jìn)損傷和失效)結(jié)合使用，以指定不同的損傷起始準(zhǔn)則和損傷演化規(guī)律，同時(shí)允許材料剛度的漸進(jìn)退化和網(wǎng)格單元的移除;必須與線彈性材料模型(線性彈性行為)或狀態(tài)方程材料模型(狀態(tài)方程)結(jié)合使用。
下面是JC本構(gòu)的一般表達(dá)式，該模型中主要確定A、B、n、C和m等參數(shù)。可以看到J-C本構(gòu)的主體由三部分構(gòu)成，分別表征了材料的應(yīng)變硬化、應(yīng)變速率硬化（強(qiáng)化）以及溫度軟化，可以概括為“兩硬一軟”。
A-參考應(yīng)變率和參考溫度下的初始屈服應(yīng)力，B和n-材料應(yīng)變硬化模量和硬化指數(shù)，C-材料應(yīng)變率強(qiáng)化參數(shù)，m-材料熱軟化指數(shù)。
查幫助文檔可以知道各參數(shù)含義如下：
當(dāng)我們不考慮應(yīng)變速率和溫度影響時(shí)，該表達(dá)式就簡(jiǎn)化為下面的表達(dá)式：
如果我們確定了參數(shù)A、B和n，那么我們?cè)?em>abaqus中就能輸入相應(yīng)的JC參數(shù)，重點(diǎn)來了！
展開 但橡膠的本構(gòu)關(guān)系非常復(fù)雜，在大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，人們建立了很多理論模型來描述其力學(xué)特征。本文主要對(duì)Abaqus中橡膠本構(gòu)模型的選擇進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
一、概述
與金屬材料不同，橡膠在受力以后的變形非常復(fù)雜，并伴隨著大位移和大應(yīng)變。橡膠材料本身又是非線性材料，本構(gòu)關(guān)系復(fù)雜，無法像金屬材料那樣僅需幾個(gè)系數(shù)便可描述材料特性。
此外，橡膠在變形過程中的體積幾乎不變，同時(shí)其力學(xué)行為對(duì)溫度、環(huán)境、應(yīng)變歷史、加載速率等十分敏感，這樣就使得描述橡膠的行為更加復(fù)雜。
隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在可借助計(jì)算機(jī)使用有限元方法來分析工業(yè)中橡膠元件的力學(xué)性能，包括選取橡膠的本構(gòu)模型、擬合本構(gòu)模型等。
二、Abaqus中本構(gòu)模型的選擇
在Abaqus中進(jìn)行橡膠材料的本構(gòu)模型選擇、主要包括以下幾個(gè)步驟：
1、在Module中下拉選擇property，并依次創(chuàng)建密度、延展性和超彈性項(xiàng)，如圖1~圖3所示。
圖
1
新建密度
圖
2
新建延展性
圖
3
新建超彈性項(xiàng)
2、接下來需要定義橡膠超彈性的參數(shù)，包括試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、本構(gòu)模型的識(shí)別和擬合選擇等。這里的數(shù)據(jù)導(dǎo)入以單軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，各步操作如圖4~圖5所示。
圖
4
試驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入準(zhǔn)備
圖
5
數(shù)據(jù)導(dǎo)入（復(fù)制粘貼即可）
3、數(shù)據(jù)導(dǎo)入完成之后，就根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行本構(gòu)模型的識(shí)別。如圖6~圖7所示。
展開 Abaqus 軟件具有非常強(qiáng)大橡膠本構(gòu)模型的定義功能，不僅提供了很多現(xiàn)有的本構(gòu)模型，還可以進(jìn)行模型本構(gòu)的自定義，并且具有橡膠材料評(píng)估的功能，從而保證了橡膠結(jié)構(gòu)件的模擬精度。本文對(duì)幾種定義方式進(jìn)行介紹：
1. ABAQUS中提供的超彈性材料的本構(gòu)模型
Mooney-Rivilin模型
Neo-Hookean模型
Yeoh模型
Ogden模型
Arruda-Boyce模型
Van der Waals模型
ABAQUS提供的這幾種橡膠超彈性材料本構(gòu)模型可以準(zhǔn)確的擬合材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的變化。用戶可以根據(jù)問題的具體要求，選擇相應(yīng)的本構(gòu)模型來模擬材料的力學(xué)性質(zhì)，力圖用參數(shù)少，數(shù)學(xué)上處理簡(jiǎn)單的模型來得到相對(duì)精確的行為描述。
2. 用戶自定義
ABAQUS支持用戶自定義材料本構(gòu)模型，*UMAT提供自定義材料本構(gòu)模型的模版，方便用戶自定義材料
當(dāng)ABAQUS沒有提供我們需要的材料模型時(shí)，用戶可以使用ABAQUS的UMAT自定義材料本構(gòu)。
*UMAT子程序具有強(qiáng)大的功能，使用UMAT可以定義材料的本構(gòu)關(guān)系，使用ABAQUS材料庫(kù)中沒有包含的材料進(jìn)行計(jì)算，擴(kuò)充程序功能；UMAT幾乎可以用于力學(xué)行為分析的任何分析過程，幾乎可以把用戶材料屬性賦予ABAQUS中的任何單元。
3. 評(píng)估材料
當(dāng)模擬超彈性材料時(shí)，你可能已經(jīng)獲得了ABAQUS定義超彈性材料的某個(gè)本構(gòu)所需的參數(shù)；然而，更多的情況是為你提供了必要模擬的材料的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。幸運(yùn)的是，ABAQUS可以直接地接受試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定所選本構(gòu)模型中的系數(shù)，并對(duì)模型的穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)，確定穩(wěn)定收斂區(qū)間。這些過程在程序中可自動(dòng)完成。
展開 
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abaqus混凝土本構(gòu)模型11個(gè)月前
混凝土本構(gòu)模型需要考慮其非線性行為，包括彈性階段、塑性變形、損傷、開裂及壓縮破碎等特性。具體模型選擇（如塑性損傷模型、彌散裂縫模型等）取決于您的分析需求（如單調(diào)加載、循環(huán)荷載、動(dòng)力分析等）。
混凝土塑性損傷模型參數(shù)計(jì)算（GB50010-2010.xlsx
ABAQUS中UMAT中的循環(huán)塑性模型，包含非線性各向同性強(qiáng)化彈塑性、線性各向同性強(qiáng)化彈塑性、線性隨動(dòng)強(qiáng)化彈塑性模型，包含CAE文件、UMAT文件等。
