《ABAQUS中的材料》PPT课件

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1、第五讲ABAQUS中的材料王慎平北京怡格明思工程技术有限公司在ABAQUS中的材料库允许模拟绝大多数的工程材料，包括金属、塑料、橡胶、泡沫塑料、复合材料、颗粒状土壤、岩石、以及素混凝土和钢筋混凝土。三种最常用的材料模型：线弹性、金属塑性和橡胶弹性。延性金属的塑性许多金属在小应变时表现出近似线弹性的性质，材料刚度是一个常数，即杨氏或弹性模量。线弹性材料的应力－应变行为，如在小应变下的钢材线弹性材料模型：只有在小的弹性应变时是有效的（一般不超过5％）；可以是各向同性、正交各向异性或者完全各向异性；可以具有依赖与温度或者其他场变量的属性

2、；如果是正交各向异性或者完全各向异性，则需要采用局部坐标来定义材料方向；Temperature-dependence在ABAQUS/CAE中定义线弹性：在高应力（和应变）情况下，金属开始具有非线性、非弹性的行为，称其为塑性。弹塑性材料在拉伸实验中的名义应力－应变行为在ABAQUS中定义塑性当在ABAQUS中定义塑性数据时，必须采用真实应力和真实应变。ABAQUS需要这些值以便正确地换算数据。材料实验的数据常常是以名义应力和名义应变的值的形式给出。在这种情况下，必须应用下面给出的公式将塑性材料的数据从名义应力/应变的值转换为真实应力

3、/应变的值。为了建立真实应变和名义应变之间的关系，首先将名义应变表示为：在表达式两边同时加上1，并取自然对数可以得到真实应变和名义应变之间的关系为：考虑到塑性变形的不可压缩性，并假定弹性变形也是不可压缩的，建立了真实应力和名义应力之间的关系为：当前面积与初始面积的关系为：得到真实应力和名义应力和名义应变之间的关系：应用ABAQUS定义金属材料的性能时候，需要采用真实应力和真实应变，而一般我们通过实验获得的材料数据大多是名义应力和名义应变，所以需要进行数据的转换。ABAQUS会在提供的数据点之间进行线性插值（或者，在ABAQUS/E

4、xplicit中采用规则化数据）得到材料响应，并假设在输入数据定义范围之外的响应为常数。ABAQUS所用的材料曲线屈服面ABAQUS中提供了Mises（针对各向同性材料）和Hill（针对各向异性材料）两种屈服准则。Mises屈服准则适用于金属在发生屈服时初始表现为各向同性的情况。－－－可以应用于承受单调载荷的金属材料（例如，进行碰撞分析和成型模拟）。Hill屈服准则适用于金属在发生屈服时初始表现为各向异性的情况。－－－Hill屈服准则假设各向异性并不会导致金属的塑性变形；－－－只有在确保金属的塑性变形比较小（5％）的时候才能应用该

5、屈服准则；材料硬化屈服面会由于塑性变形而发生改变。屈服面的改变是由硬化法则来定义的。ABAQUS中提供了以下几种硬化法则：●理想塑性适用于碰撞分析、成型分析和一般的失效分析；●各向同性硬化法则单调加载情况；●运动硬化法则适用于循环加载情况；只能在/Standard中应用；●混合的各向同性/运动硬化法则●Johnson-Cook塑性非常适合于模拟具有高应变率变形的金属材料；只能在/Explicit中应用；linearelasticityplasticstrainatinitialyield=0.0truestressandlogst

6、rain在ABAQUS/CAE中定义材料塑性：Mises塑性Hill’splasticityHill塑性材料失效（只能在ABAQUS/Explicit中定义和应用）*BRITTLECRACKING:该材料模型用于拉伸开裂的脆性材料，比如混凝土。*BRITTLEFAILURE:该选项允许单元脆性开裂并失效，然后从模型中删除。*EOS:材料的状态方程可以用于模拟流体动力学(爆炸)材料，或几乎不可压流体。*SHEARFAILURE:该选项用于模拟金属材料的韧性失效。*TENSILEFAILURE:该选项用于模拟材料的拉伸失效。弹-塑性问

7、题的单元选取■当模拟材料不可压缩特性时，在ABAQUS/Standard中的完全积分二次实体单元对体积自锁非常敏感，因此，不能应用于弹－塑性问题的模拟。在ABAQUS/Standard中的完全积分一次实体单元不受体积自锁的影响，因为在这些单元中ABAQUS实际上采用了常数体积应变。因此，它们可安全地应用于塑性问题。■减缩积分的实体单元在很少的积分点上需要满足不可压缩约束，因此，不会发生过约束，并且可用于大多数弹－塑性问题的模拟。如果应变超过了20%-40%，在使用ABAQUS/Standard中的减缩积分二次单元时需要注意，因为在

8、此量级上它们可能会承受体积自锁。这种影响可以通过加密网格来降低。■如果不得不使用ABAQUS/Standard的完全积分二次单元，则选用杂交单元（hybrid）；但是，在这些单元中的附加自由度将使得分析计算更加昂贵。■可以采用修正的二次三角形和四面