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ABAQUS 小應(yīng)變分析(例5) 考慮比奧固結(jié)的地基承載力分析 該模型模擬剛性條形基礎(chǔ)(strip foundation)在滲流固結(jié)作用下的地基承載力。該工況在陸地粘土地基和海洋淺基礎(chǔ)(shallow foundation)中被廣泛考慮。為考慮比奧固結(jié)對(duì)地基承載力的影響，該模擬采用修正劍橋模型(MCC)。

在模型構(gòu)建中，除考慮土體強(qiáng)度隨埋深的變化外，還引入了 應(yīng)變軟化 與 應(yīng)變率效應(yīng) 兩個(gè)關(guān)鍵因素。應(yīng)變軟化反映了土體在達(dá)到峰值強(qiáng)度后強(qiáng)度逐漸降低的特性，對(duì)預(yù)測(cè)貫入阻力和樁周土體擾動(dòng)范圍具有重要意義。而應(yīng)變率效應(yīng)則考慮了土體在高速加載下強(qiáng)度和剛度隨加載速率的增加而提高的規(guī)律。這兩者在樁貫入問題中往往是同時(shí)存在的：軟化決定了樁入土后的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，速率效應(yīng)則主導(dǎo)了瞬時(shí)的動(dòng)力響應(yīng)。

實(shí)例 ABAQUS二次開發(fā)-技術(shù)鄰</a></p><p>在abaqus軟件中基于<a href="https://www.yqgqt.org.cn/service/abaqus_cel" rel="noopener noreferrer" target="_blank">CEL</a>法的分層地基單樁基礎(chǔ)貫入過程模擬，通過編寫VUSDFLD子程序考慮了軟土的應(yīng)變軟化效應(yīng)與應(yīng)變率效應(yīng)。

下圖是Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit分析的圓盤靜態(tài)反力-位移和損傷-時(shí)間歷程數(shù) 據(jù)。圖中包括兩個(gè)變形周期。 在第一個(gè)周期中，由于Mullins效應(yīng)損傷，卸載響應(yīng)比加載響應(yīng)更軟。在第二個(gè)周期中，未 超過0.15 in位移的響應(yīng)與第一個(gè)周期的卸載過程相同。

應(yīng)變數(shù)據(jù)應(yīng)給出為名義應(yīng)變值，應(yīng)力數(shù)據(jù)應(yīng)給出為名義應(yīng)力值（單位原始橫截面積的力）。這些測(cè)試允許輸入壓縮和張力數(shù)據(jù)。壓縮應(yīng)力和應(yīng)變以負(fù)值輸入。對(duì)于每組測(cè)試數(shù)據(jù)，最大名義應(yīng)變的數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)識(shí)了卸載點(diǎn)。該點(diǎn)由曲線擬合算法用于計(jì)算該曲線的Umdev。圖4顯示了來自三個(gè)不同應(yīng)變水平的一些典型卸載-加載曲線。

應(yīng)變數(shù)據(jù)應(yīng)給出為名義應(yīng)變值，應(yīng)力數(shù)據(jù)應(yīng)給出為名義應(yīng)力值（單位原始橫截面積的力）。這些測(cè)試允許輸入壓縮和張力數(shù)據(jù)。壓縮應(yīng)力和應(yīng)變以負(fù)值輸入。對(duì)于每組測(cè)試數(shù)據(jù)，最大名義應(yīng)變的數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)識(shí)了卸載點(diǎn)。該點(diǎn)由曲線擬合算法用于計(jì)算該曲線的Umdev。圖4顯示了來自三個(gè)不同應(yīng)變水平的一些典型卸載-加載曲線。

本文提出的 UMAT 子程序（用戶自定義材料子程序）可有效模擬 SMA 的力學(xué)行為，核心優(yōu)勢(shì)包括：1) 支持自定義材料屬性，靈活適配不同類型 SMA（如 NiTi 合金）的相變特性；2) 基于多尺度本構(gòu)理論，可復(fù)現(xiàn) SMA 的超彈性循環(huán)、形狀記憶效應(yīng)等關(guān)鍵行為；3) 與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，力 - 位移曲線、應(yīng)變分布等結(jié)果與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)趨勢(shì)高度吻合，驗(yàn)證了模型的可靠性。

<p><strong>【注意】本貼子只包含子程序文件</strong></p><p>基于<a href="https://www.yqgqt.org.cn/qa/6302" rel="noopener noreferrer" target="_blank">abaqus子程序</a>VUSDFLD編寫的由Einav與Randolph提出的西澳模型，用于求解軟黏土體劇烈變形后的強(qiáng)度變化，可應(yīng)用于的大變形計(jì)算

：（工程）名義應(yīng)變、真實(shí)應(yīng)變、真實(shí)應(yīng)力、端面摩擦力、端面接觸力等。

PEMAG：塑性應(yīng)變幅值，用戶手冊(cè)定義如下： 可見，相比PEEQ，PEMAG不考慮累積效應(yīng)，兩種僅在單調(diào)加載下相同。

UMAT / VUMAT 的二次開發(fā)： 當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)材料庫無法覆蓋新興材料（如具有形狀記憶效應(yīng)的鎳鈦合金、相變誘發(fā)塑性的TRIP鋼、或者超高周疲勞退化材料）時(shí)，最高階的仿真工程師必須依賴Fortran或C++編寫用戶自定義材料子程序（UMAT用于Abaqus/Standard隱式求解，VUMAT用于Abaqus/Explicit顯式求解）。

只做熱：沒有熱–力耦合的應(yīng)力演化，無法預(yù)測(cè)殘余場(chǎng)；只做力：沒有真實(shí)的溫度歷程驅(qū)動(dòng)，熱應(yīng)變與材料退化無從談起。工程意義：快速評(píng)估工藝窗口（功率/焊速/熱源形參）對(duì)峰溫、HAZ、殘余應(yīng)力與翹曲的影響；用自動(dòng)化腳本把“手工建模”變成“可復(fù)用流程資產(chǎn)”，支撐 DOE/靈敏度/優(yōu)化。

鋼筋模型類型1.1 理想彈塑性模型在Abaqus中，可以通過直接在塑性部分輸入屈服應(yīng)力對(duì)應(yīng)的屈服應(yīng)變來定義理想彈塑性模型。例如，Q345B鋼材的屈服強(qiáng)度為345MPa，極限抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到510-600MPa。在Abaqus中，可以取第一個(gè)點(diǎn)為(345,0)，第二個(gè)點(diǎn)可以設(shè)為(551,0.1)，使得兩個(gè)點(diǎn)之間的斜率為0.01Es（鋼材的彈性模量）。

本文材料模型采用Johnson-Cook本構(gòu)模型，可反映出材料的應(yīng)變硬化效應(yīng)、應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng)和熱軟化效應(yīng)，其形式為 式中，σ為流動(dòng)應(yīng)力（MPa）；ε為塑性應(yīng)變；ε0為參考應(yīng)變率；T為溫度（℃）；Tr為室溫（℃）；Tm為材料熔點(diǎn)（℃）；A、B、C、m、n為材料參數(shù)，數(shù)值見表4[5]。

由于電橋中兩片受拉、兩片受壓，溫度效應(yīng)在電路中相互抵消，不會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)。殘余的微小誤差，可通過在電橋中接入特殊的鎳電阻進(jìn)一步修正。2. 靈敏度溫度補(bǔ)償（TCS）溫度變化也會(huì)影響彈性體材料的彈性模量，從而導(dǎo)致應(yīng)變特性改變。同時(shí)，應(yīng)變片自身的靈敏度也隨溫度變化。在高溫下，電阻變化更顯著，可能導(dǎo)致電橋輸出信號(hào)降低。TCS補(bǔ)償就是為了抵消這一效應(yīng)。3.

本文材料模型采用Johnson-Cook本構(gòu)模型，可反映出材料的應(yīng)變硬化效應(yīng)、應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng)和熱軟化效應(yīng)，其形式為 式中，σ為流動(dòng)應(yīng)力（MPa）；ε為塑性應(yīng)變；ε0為參考應(yīng)變率；T為溫度（℃）；Tr為室溫（℃）；Tm為材料熔點(diǎn)（℃）；A、B、C、m、n為材料參數(shù)，數(shù)值見表4[5]。

等效應(yīng)力分布 溫度分布 等效塑性應(yīng)變分布

ABAQUS中自帶的基于唯象理論的超彈性本構(gòu)模型，包括多項(xiàng)式模型中的Mooney-Rivlin 模型，減縮多項(xiàng)式模型中的Neo-Hookean 模型和Yeoh模型，以及Ogden模型。由于Mooney-Rivlin模型的應(yīng)變能是不變量的線性函數(shù)，不能反映應(yīng)力應(yīng)變曲線在大應(yīng)變部分的快速上升行為，但能很好地模擬小應(yīng)變和中等應(yīng)變(<250%)時(shí)材料的特性。

此外，壓電纖維復(fù)合材料的特殊的行為主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:當(dāng)受到機(jī)械力作用時(shí)，產(chǎn)生應(yīng)變和應(yīng)力，壓電效應(yīng)使材料不同表面的正負(fù)電荷積累而產(chǎn)生電位移;當(dāng)施加一定強(qiáng)度的電場(chǎng)時(shí)，在反壓電效應(yīng)的作用下，材料的機(jī)械變形會(huì)產(chǎn)生電應(yīng)變。基于壓電纖維復(fù)合材料的力學(xué)和電學(xué)特性，建立了壓電纖維復(fù)合材料的本構(gòu)方程。壓電纖維復(fù)合材料的應(yīng)變決定于外加的機(jī)械力、電場(chǎng)強(qiáng)度及材料的本質(zhì)特性(剛度、壓電性)。