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【ABAQUS系列仿真算例】材料非线性案例分析
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发布时间:2020-03-31 作者: 浏览数:10051
ABAQUS中的材料模型

内置的材料模型包括:金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料等

  • 用户自定义材料模型:UMAT

材料模型用于确定本构关系—应力、应变关系image.png

对于实际工程问题,根据材料响应阶段、响应特点选择材料的本构模型:弹性、弹塑性、粘弹性、损伤本构(损伤模型)等。

材料非线性:应力-应变关系曲线呈非线性变化

  • 超弹性:弹性本构包括线弹性本构(胡克定律)和非线弹性本构(超弹性、次弹性等),Abaqus中橡胶材料采用超弹性材料模型模拟。

image.png

弹性本构曲线

  • 塑性:加载力超出材料弹性极限,卸载后材料有不可恢复的永久变形。

02
橡胶材料的超弹性仿真

2.1.1超弹性材料模型

image.png

应用: 

EditMaterial-Mechanical-

Elastic-Hyperelastic

两种常用的超弹性本构模型:

物理模型

现象模型

image.png

2.1.2超弹性材料模型

物理模型(微观结构观点)

•Arruda-Boyce

材料参数  2个

•Van der waals

材料参数 4个

2.1.3超弹性材料模型

现象模型

•Polynomial   

Mooney-Rivlin

Reduced polynomial

1.neo-Hookean

2.Yeoh

•Ogden•Marlow

根据材料参数与所分析问题的特点选择合适的模型

2.2.1曲线拟合工具

已知材料测试数据,怎样获得不同的模型参数?如何评估模型参数?

橡胶材料试验:

单轴拉伸、压缩

双轴拉伸、压缩

平面拉伸、压缩

体积拉伸、压缩

image.png

2.2.2曲线拟合工具

输入橡胶材料试验数据:

image.png

Abaqus可以进行橡胶材料不同模型的曲线拟合,并给出计算输入参数,做出评估

2.2.3曲线拟合工具

image.png

2.2.4曲线拟合工具

通过曲线拟合,参数评估,获得指定模型的参数。

image.png

2.2.5定义橡胶本构参数

选择Mooney-Rivilin,将评估得到的稳定参数输入材料管理器。

image.png

2.3橡胶分析注意事项

•打开几何大变形设置

Nlgeom=ON

•ABAQUS/Standard分析时单元采用杂交单元

如:

C3D8RH

C3D8IH

2.4橡胶其他特点

•非线性弹性行为

•循环加载的粘弹性行为

•预应力作用后的应力软化现象,即Mullins effect

2.5仿真案例

image.png

03金属材料的塑性

3.1材料拉伸曲线

低碳钢和铝合金材料的应力-应变曲线  

image.png

3.2名义应力应变与真实应力应变

转换关系:

image.png

image.png

3.3各项同性塑性参数设置

塑性参数一定要输入真实应力、应变

image.png

3.4材料标定工具

如果已经有材料拉伸测试的数据,如何快速获得真实应力、应变与所要输入的塑性参数?

ABAQUS参数校准功能:calibration

image.png

3.5材料参数校准工具

第一步:输入测试数据

应力-应变(名义或真实的);力位-移等

第二步:选择行为模式

弹性

弹塑性

超弹性(考虑永久变形)

第三步:计算并输出材料参数

image.png

3.6 Johnson-Cook材料参数设置

应力是应变、应变率和温度的函数:

image.png

对于大部分材料,冲击过程中塑性能量大部分会以热量的形式耗散,因此JC塑性模型常常结合JC韧性损伤用于材料的冲击破坏模拟。

3.7常见金属材料的Johnson-Cook塑性参数

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