基于ABAQUS的非线性粘弹性本构模型二次开发.pdf

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1、2011年6月南昌航空大学学报(自然科学版)Jun．201138第25卷第2期JOURNALOFNANCHANGHANGKONGUNIVERSITY(NATURALSCIENCES)Vol．25．NO．2基于ABAQUS的非线性粘弹性本构模型二次开发彭云(南昌航空大学，江西南昌330063)［关键词］非线性粘弹性;本构模型;用户子程序;有限元［摘要］基于大型非线性有限元软件ABAQUS/EXPLICIT所提供的用户材料子程序接口VUMAT，对非线性粘弹性本构模型进行二次开发。通过标准犬骨单轴拉伸算例，验证了子程序的有效性，弥补了ABAQUS仅含线性粘弹性本构

2、模型的不足。文中详述了材料子程序开发流程，探讨了涉及的诸多实用技术，可为用户扩充ABAQUS的材料模型提供参考。［中图分类号］TB21［文献标志码］A［文章编号］1001－4926(2011)02－0038－04DevelopingofNonlinearViscoelasticConstitutiveModelBasedonABAQUSPENGYun(NanchangHangkongUniversity，Nanchang，Jiangxi330063，China)Keywords:nonlinearviscoelastic;constitutivemodel;

3、user－definedsubroutine;finiteelementAbstract:BasedonthesubroutineVUMAT，user－definedmaterialmodelinthenonlinearFEMsoftwareABAQUS/EXPLICIT，anonlinearviscoelasticconstitutivemodelisdeveloped．Thevalidifyofthesubroutinehasbeenproventhroughthestandarduniaxialten-silemodel．TheshortageofAB

4、AQUSwhichonlyhaslinearviscoelasticconstitutivemodelisremedied．Thispaperpresentstheprocessofdevelopingamaterialconstitutivemodelandsomeusefultechnology．ItcanbereferredforextendingthematerialconstitutivemodelinABAQUS．现代结构设计在结构性能、生产成本和质量等满足某些特殊材料类型的需要。例如，在高聚物领方面有着越来越高的要求，专业有限元软件以其强域，A

5、BAQUS仅提供线性粘弹性本构模型，而学者们大的分析能力和高效的计算能力获得了广泛的应对非线性粘弹性本构模型的研究投入了大量精力，［1－2］用。由于ABAQUS具有卓越的非线性分析能力，因不断提出新的本构模型。及时将这些新成果应此成为工程师们的常用工具之一。ABAQUS具有广用于相关材料，可以更有效的解决工程问题。泛的材料模拟特性，包含了金属、橡胶、塑料、混凝ABAQUS具有良好的开放性，提供了丰富的用土、岩石等常见材料类型。尽管如此，由于工程问题户子程序接口，其中用户材料子程序接口包括的复杂性和特殊性，ABAQUS在实际应用中仍无法UMAT和VUMAT，用

6、户根据需要可以方便地通过二［修回日期］2011－06－21［作者简介］彭云(1979—)，女，南昌航空大学飞行器工程学院讲师，硕士。主要研究方向:飞行器总体设计、结构设计。2011年6月基于ABAQUS的非线性粘弹性本构模型二次开发39第25卷第2期［3－7］次开发添加所需的本构模型。本文以非线性粘1－νA10üA=弹性本构模型为对象，采用Kirchhoff应力张量与(1+ν)(1－2ν)0Aï2ïGreen应变张量推导了其应力增量递推计算格式，ννï1ï制定了简明高效的数字化实施步骤，然后以FOR-1－ν1－νïïTRAN语言进行代码编译，并在ABAQUS

7、中进行调A1=01νï1－νý(5)用完成验证模型分析。ï001ïï1非线性粘弹性材料本构模型100ï1－2νïA2=010ï根据文献［8］，非线性粘弹性材料的本构关系可2(1－ν)ï001þ以表示为为了便于求解式(2)中的积分，将材料参数c表t23ε(τ)σ=c0ε+aε+βε+∫0c(t－τ)τdτ(1)示为Prony级数形式mt－式中前三项描述材料的非线性弹性响应，后面c(t)=∑cneθn(6)n=1的积分项描述材料的粘性响应，其中系数由试验确其中，cn为弹性常数，θn为材料的松弛时间。定。非线性粘弹性材料在一定载荷作用下变形很将上式代入式(2)

8、得大，需要采用合适的应力张量和应变张量，卷积应该mt