基于Abaqus的金属橡胶阻尼器本构研究.pdf

基于Abaqus 的金属橡胶阻尼器本构研究 1 2 1 2 王振营 ，毛晨曦 ，赵亚哥白 ，王大磊 （1. 东北林业大学 土木工程学院，哈尔滨 150040；2. 中国地震局工程力学研究所， 哈尔滨 150080） 摘要: 本文将金属橡胶试件单轴压缩试验应力-应变曲线，通过塑性数据转换后简化为四折 线本构模型，并基于Abaqus 提供的用户自定义子程序接口，利用FORTRAN 语言编制了金属橡 胶阻尼器本构子程序，将其嵌入到 Abaqus 材料库中。通过在单元模型和地震荷载作用下的 12 层剪力墙结构中调用子程序，分别验证了其正确性。 关键词：金属橡胶阻尼器；单轴压缩；四折线简化本构模型；Abaqus ；塑性数据转换；VUMAT 1 引言 金属橡胶是将金属丝卷成螺旋形，经过编织、加压成型，并经热处理而成的金属材料，不仅 具有较大的自回复弹性变形，而且具有阻尼大、重量轻、柔韧性好、吸收冲击能、不惧高低温作 用、不易老化等特点[2] 。目前由金属橡胶制成的隔振器广泛应用于军事、航空航天、工程机械等 领域，但金属橡胶材料在土木工程结构领域的应用尚属空白。目前广泛应用的有限元软件Abaqus 具有很强的线性和非线性求解能力，不仅为用户提供了大量的单元库和求解模型，同时提供了大 量的用户自定义子程序（user subroutine ）,使用户可以通过FORTRAN程序接口来定义Abaqus材 料库中没有的材料模型[1][3] 。 本文将金属橡胶试件单轴压缩试验应力-应变曲线 （以下简称为试验 “ 曲线”），通过 σ−ε 塑性数据转换后简化为四折线本构模型，并基于 Abaqus 提供的用户自定义子程序接口，利用 FORTRAN 语言编制了金属橡胶阻尼器本构子程序 （以下简称为“MR-VUMAT ”），将其嵌入到 Abaqus 材料库中。通过在单元模型和地震荷载作用下的 12 层剪力墙结构中调用子程序，分别验 证了其正确性，为金属橡胶阻尼器在土木工程中的应用提供设计和分析参考。 2 金属橡胶试件单轴压缩性能试验及拟合曲线 2.1 金属橡胶试件单轴压缩试验σ−ε 曲线 [2] 本文选取文献 (毛晨曦，2010) 中金属橡胶试件(成型密度为0.27、应变幅值为20%)在单轴 压缩荷载作用下的试验σ−ε 曲线，如图1 所示： 图1. 金属橡胶试件单轴压缩试验σ−ε 曲线. 2.2 金属橡胶试件单轴压缩试验 − 曲线的拟合 σ ε 2.2.1 Abaqus 中塑性数据的转换[3] 在Abaqus 中定义塑性数据时，必须使用真实应力和真实应变（输出的应力、应变也为真实 应力和真实应变），而试验数据是用名义应力和名义应变给出的，这就必须将塑性材料的数据从 名义应力和名义应变转化为真实应力和真实应变，具体转换过程如下： ① 用试件瞬时长度l 表示应变，则每一瞬时应变增量为： dl dε （1） l 从 开始变形所积累的应变（即真实应变）： l 0 l l dl l l +∆l ε dε l l 0 l (1+ε )