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* Innovating through simulation 北京怡格明思工程技术有限公司 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； 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/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/Explicit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； linear elasticity plastic strain at initial yield = 0.0 true stress and log strain 在ABAQUS/CAE中定义材料塑性：Mises 塑性 Hill’s plasticity Hill塑性 材料失效（只能在ABAQUS/Explicit中定义和应用） *BRITTLE CRACKING: 该材料模型用于拉伸开裂的脆性材料，比如混凝土。 *BRITTLE FAILURE: 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。 *SHEAR FAILURE: 该选项用于模拟金属材料的韧性失效 。 *TENSILE FAILURE: 该选项用于模拟材料的拉伸失效。 弹-塑性问题的单元选取 ■