基于形状记忆聚合物的智能簧片结构的有限元分析

为了研究基于形状记忆聚合物(shape memory polymer,SMP)新型簧片的形状记忆行为以及金属材料对SMP簧片的增强效应,首先,基于三维SMP应力-应变-温度关系,编写了可供ABAQUS调用的用户材料子程序(user-defined material mechanical behavior,UMAT),开发出可用于三维复杂应力状态下SMP结构的有限元计算方法.然后,利用该方法对SMP簧片结构正向和反向弯曲变形的形状记忆行为(高温加载、降温固形、低温卸载和升温恢复)进行了仿真.最后,模拟和分析金属材料增强的SMP复合簧片结构的折叠过程.结果表明:SMP簧片在正向和反向折叠变形后,通过温度的控制能够自动展开,因此,能够有效解决传统簧片结构中的驱动复杂和过冲震动的问题;金属增强的SMP复合簧片的失稳弯矩和平稳弯矩被明显提高,金属增强效果从强到弱的顺序依次是:合金钢、铸钢、灰铸铁和硬铝合金.     

修正的摩尔-库仑准则在重力坝深层抗滑稳定中的应用

针对修正后的Mohr-Coulomb准则采用基于Euler向后积分的自适应子增量本构积分算法推导得到的一致性切线刚度矩阵,以ABAQUS软件为平台,编制UMAT本构程序.进行了平面应变条件下单轴受压的数值验证后,用上述程序以强度储备系数法来验证了修正后的Mohr-Coulomb准则在重力坝抗滑稳定中的可靠性,结果表明编写的修正后的Mohr-Coulomb模型能够有效地反映重力坝深层抗滑破坏的特性,结果偏安全.     

拉压异性纤维增强树脂基复合材料弹塑性问题的有限元分析

为了对复杂的非线性问题进行便捷求解,首先提出了考虑拉压异性的纤维增强树脂基复合材料统一非线性本构模型;然后,在此基础上进一步导出了本构模型的三维表现形式,以适用于非线性有限元分析工具的开发;随后,利用有限元软件ABAQUS提供的用户自定义子程序UMAT,自编了在二维和三维情况下的弹塑性应力分析程序;最后,应用程序对复合材料单向板和复合材料斜交板在偏轴拉伸/压缩下应力-应变曲线的预测与测试结果进行了比较,探讨了复合材料悬臂梁的弹塑性问题,并分析和比较了有无考虑拉压异性情况下应力分布和挠度响应的差异。结果表明:运用所提出的本构模型对考虑拉压不对称问题的弹塑性变形分析十分有效,这一本构模型有望成为实用数值分析工具,进而指导工程实践。     

土工格栅蠕变本构模型的UMAT开发与验证

通过不同应力水平下土工格栅的蠕变试验,分析了三种应变类型随应力和时间的变化过程,提出ε=ε(σ,t)形式的土工格栅本构模型,采用有限元程序ABAQUS的用户材料子程序UMAT对本构模型进行了二次开发,并将计算模型的结果与试验数据进行了比较。蠕变试验数据表明在一个受力区间内各种应变随着应力的增加都急剧增长,该区间是进行土工格栅蠕变特性研究的重要区域。计算模型结果表明编程后的能很好地吻合短期蠕变变形试验数据,并能合理预估长期蠕变变形的趋势。完成的土工格栅材料模型可以放入工程结构寿命计算中的材料库,实现土工格栅合理设计的量化分析。     

冲击载荷下TC18钛合金力学性能模拟研究

TC18钛合金在退火状态下的屈服强度非常高,进行动态力学性能测试存在一定困难,可优先考虑采用数值模拟方法对其动态力学性能进行研究,而数值模拟结果的精确性主要取决于合金本构方程的精确性。为了减少数值模拟与实验结果之间的差异,在Johnson-Cook模型的基础上做了调整,利用ABAQUS软件的子程序接口自定义了材料本构子程序UMAT,以代码的形式来扩展ABAQUS程序的功能。通过与ABAQUS/Standard软件分析结果以及实验结果的对比,验证了自定义材料本构子程序UMAT计算结果的精确性与可靠性。该研究可为TC18钛合金的结构设计提供参考。     

基于ABAQUS的土石料本构模型二次开发及其应用

利用ABAQUS提供的用户材料子程序UMAT的二次开发平台开发土石料的沈珠江双屈服面模型,并以一面板堆石坝为例,结合ABAQUS的“单元增加/去除”技术进行了坝体施工和水库蓄水的仿真分析.算例计算结果与用自编程序计算结果的比较表明,利用UMAT子程序开发的土石料沈珠江模型结合“单元增加/去除”技术进行土石坝施工仿真计算是可行的,计算结果合理可靠,且开发周期较自编程序大为缩短.     

A computationally efficient cohesive zone model for fatigue

A cohesive zone model has been developed for the simulation of both high and low cycle fatigue crack growth. The developed model provides an alternative approach that reflects the computational efficiency of the well‐established envelop‐load damage model yet can deliver the accuracy of the equally well‐established loading‐unloading hysteresis damage model. A feature included in the new cohesive zone model is a damage mechanism that accumulates as a result of cyclic plastic separation and material deterioration to capture a finite fatigue life. The accumulation of damage is reflected in the loading‐unloading hysteresis curve, but additionally, the model incorporates a fast‐track feature. This is achieved by “freezing in” a particular damage state for one loading cycle over a predefined number of cycles. The new model is used to simulate mode I fatigue crack growth in austenitic stainless steel 304 at significant reduction in the computational cost.     

考虑黏聚特性和拉压不等效应的修正剑桥模型及数值实现

 针对修正剑桥模型不能反映岩土介质黏聚特性和拉压不等效应的局限性,通过子午面上考虑黏聚力、偏平面上考虑应力罗德角的影响,建立可考虑黏聚力与拉压不等效应的非相关联修正剑桥模型;较系统地介绍所修正模型的Euler向后隐式本构积分算法及程序实现过程。应用ABAQUS软件所提供的用户材料子程序UMAT接口,编制改进修正剑桥模型本构子程序,并运用所编程序研究比利时Boom clay的三轴压缩力学行为。研究结果表明,所编子程序具有较高的计算精度和良好的稳定性,所改进模型能较好地反映Boom clay的非线性与塑性流动特性。     

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。     

基于改进Bouc-Wen模型防屈曲支撑的参数识别

为了对“改进Bouc-Wen模型”进行深入研究,提出了该模型的参数拟合方法,并实现了二次开发程序.对30根防屈曲支撑试验的滞回曲线数据进行了参数回归与分析,给出模型参数的变化趋势、波动范围、统计平均值.为了给改进Bouc-Wen模型的应用提供参考,给出了参数取值的建议.应用Abaqus软件中的材料用户子程序(UMAT)的二次开发接口,使“改进Bouc-Wen模型”得以在有限元软件中应用.