ansys巖土本構(gòu)
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys巖土本構(gòu)的實(shí)例教程
巖土非線性本構(gòu)UMAT開發(fā)
STEP 3：從hyperelastic模型本構(gòu)中拖動(dòng)需要擬合的材料本構(gòu)模型到材料中，此時(shí)可以在材料橡膠本構(gòu)模型中發(fā)現(xiàn)curve fitting選項(xiàng)。
STEP 4：右鍵curve fitting，選擇solve curve fit，擬合好后，然后選擇copy calculated values to property，擬合參數(shù)便復(fù)制到定義的橡膠本構(gòu)模型中了。另外，擬合的曲線和實(shí)驗(yàn)曲線均會(huì)在圖片中顯示出來，可以對(duì)比其重合度，測(cè)試哪種本構(gòu)更適合。
下載地址：Ansys橡膠材料的粘彈性本構(gòu)模型
展開 STEP 3：從hyperelastic模型本構(gòu)中拖動(dòng)需要擬合的材料本構(gòu)模型到材料中，此時(shí)可以在材料橡膠本構(gòu)模型中發(fā)現(xiàn)curve fitting選項(xiàng)。
STEP 4：右鍵curve fitting，選擇solve curve fit，擬合好后，然后選擇copy calculated values to property，擬合參數(shù)便復(fù)制到定義的橡膠本構(gòu)模型中了。另外，擬合的曲線和實(shí)驗(yàn)曲線均會(huì)在圖片中顯示出來，可以對(duì)比其重合度，測(cè)試哪種本構(gòu)更適合。
下載地址：Ansys橡膠材料的粘彈性本構(gòu)模型
展開 所謂的本構(gòu)模型是指材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，比如遵循虎克定律的線彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系就是一種常用的本構(gòu)模型。ANSYS為用戶提供了許多本構(gòu)模型，但在某些特殊領(lǐng)域，現(xiàn)有的本構(gòu)模型卻很少，完全不能滿足分析要求。為了解決這個(gè)問題，ANSYS為用戶提供了usermat等UPFs用戶子程序，這些用戶子程序擁有強(qiáng)大的二次開發(fā)功能，可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜本構(gòu)模型的開發(fā)。但是，對(duì)于一些簡(jiǎn)單的本構(gòu)模型，用戶也可以利用APDL語言進(jìn)行開發(fā)，比如Duncan-Chang本構(gòu)模型。
Duncan-Chang本構(gòu)模型介紹
對(duì)于應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系復(fù)雜的材料而言，變形主要是由顆粒間位置的變化引起的，不同應(yīng)力水平下相同的應(yīng)力增量引起的應(yīng)變?cè)隽坎⒉幌嗤瑥亩憩F(xiàn)出復(fù)雜的非線性特征。為了反映材料特性，人們提出了許多本構(gòu)模型，以期更好的反映材料的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律。
Duncan-Chang本構(gòu)模型主要優(yōu)點(diǎn)是可以利用常規(guī)三軸固結(jié)排水剪試驗(yàn)確定模型參數(shù)，因此在工程實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用。Duncan-Chang本構(gòu)模型是非線性彈性模型，彈性矩陣中的彈性系數(shù)不再是常量，而是隨應(yīng)力狀態(tài)而改變。由于不考慮塑性變形，所以一般只適用于載荷不大的情況（即不太接近破壞的情況）。Duncan-Chang模型有E-V和E-B模型兩類。
當(dāng)然，該模型也存在一些缺陷，如無法反應(yīng)不同應(yīng)力路徑的影響、加卸載判斷不明確等，不可避免造成了計(jì)算分析誤差，長(zhǎng)期以來許多學(xué)者試圖來對(duì)其進(jìn)行修正。有限元軟件通常采用傳統(tǒng)塑性理論的應(yīng)力符號(hào)，以拉應(yīng)力為正，下面對(duì)Duncan-Chang模型采用有限元軟件的應(yīng)力形式進(jìn)行說明。
Duncan-Chang本構(gòu)模型算法
該模型是Duncan和Chang根據(jù)Konder關(guān)于巖土材料的三軸試驗(yàn)的偏應(yīng)力與軸向應(yīng)變近似呈雙曲線的假定而提出的。
展開 01 引子
橡膠材料是典型的超彈性材料，要獲取超彈性材料本構(gòu)模型（常見有Mooney-Rivlin、Ogden、Yeoh等），一般需要做一系列標(biāo)準(zhǔn)橡膠試驗(yàn)并進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。
本例演示了ANSYS對(duì)超彈性材料的曲線擬合能力，并通過有限元分析與拉扭試驗(yàn)的對(duì)比，驗(yàn)證所建立的本構(gòu)模型的有效性。
常見的橡膠標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)
02 案例介紹
現(xiàn)需要一個(gè)本構(gòu)模型來匹配硫化天然橡膠材料在各種變形模式下的100%工程應(yīng)變的行為。
本例中，已通過試驗(yàn)（單軸、雙軸和平面拉伸試驗(yàn)）獲取了橡膠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。使用這些數(shù)據(jù)，通過超彈性擬合能力確定本構(gòu)模型的參數(shù)，可以擬合3參、5參和9參的Mooney-Rivlin超彈性模型。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)
同時(shí)對(duì)橡膠進(jìn)行了拉扭實(shí)驗(yàn)（將條形試件的兩端夾入測(cè)試儀器中，然后將試樣拉伸到原尺寸長(zhǎng)度的50%，并將試樣的一端扭四圈）。試樣與ASTM D1043中規(guī)定的試樣相似，如下圖所示：
拉扭試驗(yàn)條形試件
使用擬合得出的Mooney-Rivlin超彈性模型（5參為例）對(duì)拉扭試驗(yàn)就行有限元分析，并與試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，據(jù)此判斷前面擬合得出的本構(gòu)模型能否反映橡膠材料的真實(shí)行為。
模型采用SOLID186單元，兩端夾鉗區(qū)域采用MPC算法綁定到定位點(diǎn)。
有限元模型示意圖
按照拉扭試驗(yàn)的加載順序：
step1：對(duì)兩端夾持區(qū)域施加試件厚度25%的壓縮位移，模擬夾具對(duì)試件的夾持作用。
step2：通過移動(dòng)一側(cè)的夾持區(qū)域（剛性接觸面），同時(shí)固定另一側(cè)夾持區(qū)域，模擬拉伸到50%的拉伸狀況。
展開 
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主程序：
subroutine usermat(
& matId, elemId,kDomIntPt, kLayer, kSectPt,
& ldstep,isubst,keycut,
& nDirect,nShear,ncomp,nStatev,nProp,
& Time
巖土非線性本構(gòu)UMAT開發(fā)
STEP 1：選擇材料庫(kù)中hyperelastic experiment data 選擇要輸入的材料曲線類型，例如單軸測(cè)試數(shù)據(jù)、雙軸測(cè)試數(shù)據(jù)、剪切測(cè)試數(shù)據(jù)。可只輸入一種或者兩種，或者三種都輸入。數(shù)據(jù)越多，擬合數(shù)據(jù)材料性能越接近實(shí)驗(yàn)材料性能，當(dāng)然也和仿真關(guān)注的材料行為有關(guān)。
STEP 2：在材料曲線表格里輸入或者直接粘貼材料曲線數(shù)據(jù)，注意是工程材料曲線。
STEP 1：選擇材料庫(kù)中hyperelastic experiment data 選擇要輸入的材料曲線類型，例如單軸測(cè)試數(shù)據(jù)、雙軸測(cè)試數(shù)據(jù)、剪切測(cè)試數(shù)據(jù)。可只輸入一種或者兩種，或者三種都輸入。數(shù)據(jù)越多，擬合數(shù)據(jù)材料性能越接近實(shí)驗(yàn)材料性能，當(dāng)然也和仿真關(guān)注的材料行為有關(guān)。
STEP 2：在材料曲線表格里輸入或者直接粘貼材料曲線數(shù)據(jù)，注意是工程材料曲線。
眾所周知，在ANSYS/LSDYNA中JH-2模型適用于模擬大變形材料的力學(xué)行為的，用于陶瓷、玻璃、藍(lán)寶石等硬脆材料的力學(xué)模擬中，JH-2本構(gòu)模型具有三類參數(shù)，分別對(duì)應(yīng)著LSDYNA材料卡片中的三類指標(biāo)，本構(gòu)參數(shù)眾多，那么對(duì)于了解其真實(shí)含義至關(guān)重要，對(duì)此，筆者在查閱文獻(xiàn)基礎(chǔ)下總結(jié)了各個(gè)參數(shù)的準(zhǔn)確含義并對(duì)其背后的數(shù)學(xué)公式的前后推導(dǎo)順序做出了總結(jié)，如圖1所示。
圖1
文獻(xiàn)中給出了比較權(quán)威的關(guān)于氧化鋁陶瓷的
請(qǐng)問一下，像這種需要同時(shí)考慮受拉和受壓，且屈服強(qiáng)度不同的材料本構(gòu)，如何在ansys輸入？謝謝~
01 引子
橡膠材料是典型的超彈性材料，要獲取超彈性材料本構(gòu)模型（常見有Mooney-Rivlin、Ogden、Yeoh等），一般需要做一系列標(biāo)準(zhǔn)橡膠試驗(yàn)并進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。
本例演示了ANSYS對(duì)超彈性材料的曲線擬合能力，并通過有限元分析與拉扭試驗(yàn)的對(duì)比，驗(yàn)證所建立的本構(gòu)模型的有效性。
常見的橡膠標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)
所謂的本構(gòu)模型是指材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，比如遵循虎克定律的線彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系就是一種常用的本構(gòu)模型。ANSYS為用戶提供了許多本構(gòu)模型，但在某些特殊領(lǐng)域，現(xiàn)有的本構(gòu)模型卻很少，完全不能滿足分析要求。為了解決這個(gè)問題，ANSYS為用戶提供了usermat等UPFs用戶子程序，這些用戶子程序擁有強(qiáng)大的二次開發(fā)功能，可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜本構(gòu)模型的開發(fā)。但是，對(duì)于一些簡(jiǎn)單的本構(gòu)模型，用戶也可以利用
ANSYS中橡膠材料的粘彈性本構(gòu)模型問題，其實(shí)也就是prong級(jí)數(shù)的問題，如何定義以及擬合橡膠的prong級(jí)數(shù)參數(shù)，有研究的朋友可以Q245958758，一起討論交流。
交流-ANSYS橡膠材料超彈性本構(gòu)模型和粘彈性性能仿真和試驗(yàn)
最近在搞橡膠這個(gè)方向，單軸拉伸試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)DMA，研究橡膠次本構(gòu)模型
有研究橡膠超彈性。粘彈性性能的朋友可以聯(lián)系，互相交流學(xué)習(xí)、答疑。
Q254958758
