abaqus模擬凍融循環(huán)
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-02-27
abaqus模擬凍融循環(huán)的視頻教程
ABAQUS-拉壓循環(huán)載荷試驗(yàn)模擬
本案例基于ABAQUS/Standard模擬了2D拉伸試樣拉壓在位移控制載荷下10個(gè)循環(huán)的過程。采用CAX4R單元，材料定義了彈性，塑性及Combined 塑性硬化參數(shù)，試樣上端耦合和參考點(diǎn)施加0.45的非對(duì)稱位移循環(huán)載荷，輸出參考點(diǎn)的力-位移循環(huán)曲線，應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D及相關(guān)曲線。
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abaqus模擬凍融循環(huán)的實(shí)例教程
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另外，有數(shù)模技術(shù)問題歡迎大家多交流~
計(jì)算說明書：
（1）案例背景：我國寒區(qū)面積約為國土面積的75%，其中季節(jié)性凍土區(qū)占國土面積的58.9%，主要集中在東北和西部地區(qū)，在極端氣溫下南方地區(qū)也存在季節(jié)性凍土（如2008年），近年來隨著東北振興、西部大開發(fā)及中部崛起戰(zhàn)略的實(shí)施，寒區(qū)巖體工程建設(shè)活動(dòng)越來越多，面臨更多的巖體凍融破壞問題。如在寒區(qū)危巖體或者邊坡工程中，地表水滲透到巖體內(nèi)部，滲透水在低溫作用下對(duì)巖體產(chǎn)生凍脹破壞，并且在反復(fù)凍融作用下，整個(gè)邊坡或危巖體的穩(wěn)定性持續(xù)劣化進(jìn)而產(chǎn)生滑移破壞。
（2）計(jì)算任務(wù)：在2D平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)凍融循環(huán)作用下危巖體的破壞判斷，考慮凍融循環(huán)作用下由于水分凍脹產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)危巖體結(jié)構(gòu)面的作用，考慮凍融循環(huán)作對(duì)危巖體組成材料的力學(xué)性能弱化（如抗剪強(qiáng)度參數(shù)的弱化），在雙重作用影響下，危巖體極有可能出現(xiàn)失穩(wěn)破壞。該模型可以準(zhǔn)備判斷危巖體是否發(fā)生破壞，具有科研和工程實(shí)踐價(jià)值。
（3）設(shè)備基本參數(shù)：CPU為“Intel(R) Xeon(R) CPU i5-6300HQ @ 2.30GHz”;內(nèi)存為“8.0GB”；顯卡為“Nvdia MX150”,64為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
（4）采用Standard求解器進(jìn)行模擬；模型利用2D可變形殼型平面模型；用Mohr—Coulomb準(zhǔn)則作為破壞準(zhǔn)則，利用非對(duì)稱矩陣求解器求解，考慮土體自重力。所有單元類型采用平面應(yīng)變單元（CPE4），網(wǎng)格控制屬性為四邊形掃掠技術(shù)。
（5）計(jì)算耗時(shí)：依據(jù)危巖體尺寸的不同計(jì)算時(shí)間有長有短，但都遠(yuǎn)低于3D模型模擬所需時(shí)間。
（6）分析：
（a）利用2D可變形模型，將3維危巖體降維成2維平面，極大地提高了計(jì)算效率；
（b）凍融循環(huán)作用在ABAQUS可通過用戶子程序umat對(duì)材料的抗剪強(qiáng)度參數(shù)定義，或者利用場變量定義，實(shí)現(xiàn)方式較為便捷。
展開 ABAQUS中的LCF(LOW CYCLE FATIGUE功能結(jié)合XFEM和PARIS法則可以模擬裂紋的疲勞擴(kuò)展，計(jì)算裂紋每前進(jìn)一步所需要的循環(huán)次數(shù)。下面給出了具體的C3、C4與Paris參數(shù)的計(jì)算過程，和自己看論文等的一些總結(jié)與經(jīng)驗(yàn)，關(guān)于step的一些調(diào)整等，后面做了一個(gè)三維平板的案列，案例參考文獻(xiàn)中的參數(shù)，結(jié)果與文獻(xiàn)中較為符合，參考文獻(xiàn)和CAE也給出。
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試樣:
試驗(yàn)過程:
交付結(jié)果示例：
05
Mullins效應(yīng)表征
通過對(duì)試樣進(jìn)行多次循環(huán)加-卸載，記錄首次與后續(xù)循環(huán)的應(yīng)力響應(yīng)差異，獲得應(yīng)力軟化曲線。這些數(shù)據(jù)用于擬合Mullins模型參數(shù)，對(duì)模擬產(chǎn)品初次裝配剛度衰減、過載性能變化及準(zhǔn)確生熱分析不可或缺。
在實(shí)際應(yīng)用中，可通過調(diào)整兩步分析步的時(shí)間周期、球桿運(yùn)動(dòng)參數(shù)等拓展模擬場景，進(jìn)一步提升Abaqus軟件的綜合應(yīng)用能力。
七、附件說明
(1) 完整教學(xué)文檔：《Abaqus顯示動(dòng)力學(xué)模擬臺(tái)球撞擊案例教學(xué).pdf》，包含本案例全流程的詳細(xì)圖文講解、操作步驟及注意事項(xiàng)補(bǔ)充。
Abaqus 磨損仿真：從原理到實(shí)戰(zhàn)指南5個(gè)月前
高級(jí)建模策略：大量循環(huán)磨損</strong></p><p><strong>4.1 方法一：縮放磨損系數(shù) (Abaqus/Explicit)</strong></p><p>對(duì)于需要模擬大量物理循環(huán)（如數(shù)百萬次）的場景，可將<span style="background-color: rgb(239, 240, 241);">N</span>個(gè)物理循環(huán)合并為單個(gè)模擬循環(huán)。
并不簡單的彈塑性本構(gòu)子程序6個(gè)月前
我們目前重工業(yè)上大部分的結(jié)構(gòu)材料還是金屬，盡管ABAQUS中有自帶的JC模型，但是如果要模擬更復(fù)雜的情況，學(xué)會(huì)寫彈塑性本構(gòu)就十分必要。
本期就給一個(gè)彈塑性VUMAT拉伸失效的案例，結(jié)合單元?jiǎng)h除技術(shù)，模擬結(jié)構(gòu)破壞過程。
工程化的復(fù)合材料疲勞仿真方法6個(gè)月前
80%靜強(qiáng)度失效擴(kuò)展情況如下：
疲勞次數(shù)從1e4.4983增加到1e4.5250后，失效區(qū)域迅速擴(kuò)展到多層，以加速擴(kuò)展前的疲勞循環(huán)次數(shù)1e4.4983作為疲勞壽命。
當(dāng)然可以采用其他量化的判據(jù)，比如失效單元占比
4 如何模擬結(jié)構(gòu)的疲勞失效S-N曲線。
為了模擬結(jié)構(gòu)的疲勞失效S-N曲線，我們要先做靜強(qiáng)度仿真，得到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度載荷。
Abaqus巖土常見問題6個(gè)月前
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六、 盾構(gòu)隧道施工過程的有限元模擬方法 7
1、 沖擊頻率
（1） 兩種常見設(shè)置方式
在 Abaqus 中設(shè)置沖擊頻率，主要通過 Amplitude（幅值曲線） 控制載荷的時(shí)間歷程來實(shí)現(xiàn)。
組建剛度矩陣K，abaqus自己處理
2. 載荷列陣F，abaqus自己處理
3. x=K^-1*F，所有節(jié)點(diǎn)的位移 abaqus自己處理
4. 根據(jù)x，求每個(gè)單元的應(yīng)變?cè)隽恐?abaqus自己處理
5. 根據(jù)單元應(yīng)變和單元?jiǎng)偠染仃嚕髴?yīng)力。
CAD隨機(jī)多邊形插件2D專業(yè)版7個(gè)月前
插件采用嚴(yán)格的多邊形干涉判別算法，相較于傳統(tǒng)的外接圓形相交判別可實(shí)現(xiàn)更高的多邊形占比，及生成更為合理的多邊形分布；插件具有精美的UI界面及生成進(jìn)度提示條，可直觀查看建模狀態(tài)；生成的CAD隨機(jī)多邊形模型可快速導(dǎo)入COMSOL、ABAQUS、ANSYS、LS-DYNA、Fluent等有限元軟件內(nèi)，用于混凝土細(xì)觀模型、隨機(jī)多邊形顆粒分布的力學(xué)、滲流、傳熱等多領(lǐng)域有限元仿真模擬分析。
因此，行業(yè)逐漸轉(zhuǎn)向機(jī)理驅(qū)動(dòng)的數(shù)值模擬：利用Abaqus平臺(tái)構(gòu)建器件有限元模型，通過用戶子程序UMAT嵌入焊料真實(shí)的黏塑-蠕變本構(gòu)行為，并結(jié)合ΔW（非彈性能量密度）、Δε（應(yīng)變幅）等物理量作為壽命驅(qū)動(dòng)參量，借助 Darveaux、Engelmaier或Coffin–Manson等壽命律建立“循環(huán)響應(yīng)—失效壽命”的映射關(guān)系。
UNAT更是通過一套耦合算子機(jī)制，將熱點(diǎn)進(jìn)行分解融合，采用循環(huán)時(shí)空二維分解，跨循環(huán)數(shù)據(jù)復(fù)用等策略，有效緩解了非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格計(jì)算密度低的問題和硬件上的內(nèi)存帶寬瓶頸。其中原理較為復(fù)雜，具體可以參考文末論文[2]（見文章底部“閱讀原文”）。
UNAT原理圖
下面通過幾個(gè)典型應(yīng)用，看一下UNAT的應(yīng)用效果。
