相场断裂模型分步算法在ABAQUS中的实现

 首次基于ABAQUS平台实现相场断裂模型的分步算法,利用UMAT/VUMAT子程序接口对非线性平衡方程进行隐式/显式求解,提出位移场和相场的分步求解算法。准静态加载下的I和II型裂缝扩展问题、冲击荷载作用下的I型动态裂缝分叉和II型动态裂缝扩展问题,计算所得结果与已有文献和试验成果基本一致,说明了方法的可靠性;同时,对岩石力学领域中的双平行翼型裂缝相交和动态裂缝三维曲面扩展等问题,也利用该方法进行模拟。计算实例表明,结构储存的较高弹性应变能是脆性材料动态裂缝分叉的主要原因,而相场断裂模型是一种能够计算包括裂缝起裂、相交、分叉和三维曲面扩展的有效断裂计算方法,借助通用有限元平台可以方便地实现其分步算法。     

基于ABAQUS的混凝土材料子程序开发与应用

为了对复杂高层结构进行数值模拟,初步探讨了ABAQUS显式动力模块下的用户材料子程序(VUMAT)的开发过程,给出了可应用于VUMAT接口的单参数混凝土弹塑性模型的显式计算表达式,通过对梁单元的应用初步验证了该材料模型的有效性。最后结合工程实例对数值模拟和振动台试验结果进行了对比分析研究。分析结果表明,所建立的分析模型不但能够较为准确地判断高层结构在大震作用下的屈服顺序及薄弱部位,而且能够方便地考虑结构塑性阶段的损伤扩展情况。     

基于RIK硬化模型的柔性辊弯成形仿真研究

针对柔性辊弯成形过程中板材反复加载、卸载的复杂成形工艺特点,采用Fortran语言对ABAQUS用户子程序VUMAT进行二次开发,对考虑交叉硬化效应和包辛格效应的材料非线性旋转运动(Non-linear Rotational and Kinematic,RIK)硬化模型进行有限元程序实现,并利用动力显示ABAQUS/E...     

惯性效应对延性金属材料中孔洞长大行为的影响及敏感性分析

从能量守恒原理出发,得到考虑惯性效应的微孔洞增长方程,并以Gurson模型为基础,通过ABAQUS软件用户子程序VUMAT将微孔洞增长方程引入Gurson模型中,分析考虑惯性效应后的孔洞长大行为.结果表明,惯性效应抑制孔洞的长大,且随着加载速率的提高,这种抑制作用更加明最；惯性效应对材料的初始损伤和孔洞的分布密度十分敏...     

潘谢煤田13-1煤层煤岩冲击动力学性能及本构关系的建立

利用分离式Hopkinson压杆（SHPB）对潘谢煤田张集煤矿13-1煤层煤岩进行了不同应变率的冲击压缩实验,结果表明：煤岩动态应力-应变曲线表现出显著的应变硬化与应变率硬化等动态力学特性,煤岩峰值应力及动态弹性模量均随应变率提高而提高,得到了其动态强度与应变率的关系表达式。基于实验结果,通过改进朱－王－唐模型,建立了反映煤岩峰值应力前动态应力-应变关系的本构方程。通过数据拟合,获得了本构方程的相关参数,拟合参数表明：煤岩材料对高应变率的响应具有敏感性,在高应变率条件下气煤比无烟煤表征更明显的脆性特征,即气煤破坏应变更小。利用Fortran语言开发了VUMAT煤岩材料子程序,并对煤岩SHPB实验进行了数值模拟,模拟结果与实验结果吻合较好。     

基于Abaqus子程序的高分子材料本构关系实现

对于高分子材料的仿真,业界一般使用经典的弹塑性本构模型来描述其应力-应变关系,但其真实的应力-应变关系与经典的弹塑性本构模型存在一定差异,从而导致仿真与实际测试之间的差异.Abaqus提供UMAT/VUMAT子程序接口,让用户可以自己构建新的材料本构模型.通过撰写新的材料本构子程序实现高分子材料应力-应变关系在仿真中的准确描述,减少仿真与测试之间的差异.同时,在卸载段可以通过卸载标志符的选择定义不同的卸载路径,方便用户使用.     

Finite element simulation of the punchless piercing process with Lemaitre damage model

The punchless piercing is a process that uses highly pressurized fluid instead of the conventional punch to make holes into the sheet metal. This process has many advantages over the conventional method for piercing various shaped holes into very thin strips of metal, composite, etc. An important cost advantage comes from not having to use a punch. Another important advantage comes from the top quality of pierced holes produced by punchless piercing, as no secondary finishing process will be needed for removing burrs typically found in conventional cutting processes.The ABAQUS/Explicit FEM code coupled with Lemaitre damage model has been used to more precisely characterize the punchless piercing process of a copper sheet. The formulation adopted for this purpose uses an established and efficient stress integration algorithm and development of a user material subroutine (VUMAT).For verification, the computed results have been compared with those of the experimental results in the literature and shown to be in good agreement with each other.The results obtained from this work are expected to be of significant interest to automotive and aerospace industries interested in using the punchless piercing process.     

三维角联锁机织复合材料低速冲击破坏的有限元计算

测试三维角联锁机织复合材料低速冲击性能,得到复合材料在低速冲击过程中的载荷－位移曲线等。结合采用冲击接触定律、单元失效准则和材料刚度退化技术,建立复合材料低速冲击的三维有限元单胞模型。运用商业有限元软件ABAQus／Explicit,联合用户子程序（VUMAT）计算复合材料低速冲击破坏过程。比较有限元计算结果和实验结果,发现二者在载荷一位移变化规律和复合材料破坏形态上较为吻合。     

复合材料层合板低速冲击的接触力和能量响应仿真

以连续介质损伤力学（CDM）为基础,提出了一个有效的数值分析模型来模拟碳纤维增强复合材料（CFRP）层合板低速冲击的接触力响应和能量响应。该模型考虑了不同的失效模式,引入了不可逆的损伤变量和新的刚度折减方式以考虑损伤造成的刚度变化,定义了耗散能的计算方式以考虑损伤造成的能量变化。通过在Abaqus/Explicit平台上编写VUMAT子程序具体实现模型,数值仿真与试验结果吻合较好,验证了该模型的有效性。此外,还综合考虑了Hashin准则与LaRC04准则各自的优缺点,用Hashin和LaRC04相混合得到的准则对低速冲击进行了模拟。结果表明：在冲击外载作用下当CFRP层合板中存在较多基体压缩失效时,采用混合的失效准则模拟得到的接触力响应和能量响应结果更接近试验结果,而使用纯Hashin准则得到的预测结果偏保守。     

碳纤维增强复合材料双面埋头压铆模拟分析

铆接技术作为一种不可拆卸的连接方式,在飞机装配过程中被广泛使用，同时碳纤维增强复合材料由于自身优异的力学性能也成为了航空工业中热门。在碳纤维增强复合材料铆接的过程中,铆钉的变形会对铆接的碳纤维增强复合材料造成损伤,从而影响铆接的质量以及其使用寿命。针对这一问题，使用有限元仿真软件ABAQUS创建复合材料双面埋头压铆三维模型，通过ABAQUS子程序接口编写VUMAT用户材料自定义程序，分别取Hashin准则和Puck准则的优势作为三维失效准则，选用合理的刚度退化方式对压铆后的复合材料的渐进损伤进行分析。通过ABAQUS对复合材料压铆过程模拟，得到铆钉在压铆过程中的成形规律和复合材料层合板的主要损伤失效形式为基体的压缩和拉伸、纤维压缩以及其损伤失效的扩展方向。