修正Matasovic本构模型在ABAQUS软件中的实现

Hashash等(2001)提出了土体的剪切模量和阻尼特性与土层深度相关的修正Matasovic(1993)黏弹性本构模型,本文基于ABAQUS/standard软件的子程序开发平台,编制了该修正Matasovic本构模型的子程序模块。以美国密西西比湾深厚场地为研究对象,选取Loma Prieta和Northridge地震动加速度记录作为基岩输入地震动,通过ABAQUS软件的二维场地非线性地震反应分析,给出了该深厚场地的地表加速度时程、反应谱,并与国际专业软件DEEPSOIL的一维场地非线性反应分析结果作了对比,发现两者的结果差别不大。这表明:采用基于ABAQUS软件开发的修正Matasovic土体黏弹性本构模型进行场地非线性地震反应分析,是可行的。目前工程上广泛使用的等效线性化方法存在一些不足之处,本文方法可以为工程应用提供参考和比较。

Cu-Sn合金的高温修正非线性回归本构模型

采用Gleeble-3800热模拟机进行了Cu-Sn合金在变形温度823~973 K、应变速率0.001~10 s^(-1)、真应变0.3、0.6和0.9下的高温压缩实验。基于实验结果,构建了Cu-Sn合金的修正非线性回归本构模型,并利用平均绝对相对误差eAAER证实模型的准确性。结果表明,随变形温度的升高和应变速率的降低,Cu-Sn合金的流变应力降低;应变速率为0.01~10 s^(-1)时流变应力呈现出峰值特征,峰值应力随着变形温度的降低和应变速率的增大而增大;应变速率为10 s^(-1)的试样在变形后期由于开裂而导致流变应力急剧下降;建立的修正非线性回归本构模型的eAAER为9.98%,表明模型能够准确地预测Cu-Sn合金的流变应力,具备较好的适用性。

基于修正Mohr-Coulomb准则的弹塑性本构模型及其数值实施

针对Mohr-Coulomb准则高估岩土体抗拉性能的局限性,建立考虑最大拉应力准则的修正Mohr-Coulomb模型;系统地论述隐式本构积分算法的主要内容,推导相应的一致性刚度矩阵。以ABAQUS软件为平台,采用向后欧拉隐式应力积分算法编制了UMAT本构程序,对单轴拉伸试验和三轴压缩试验进行数值模拟,对比分析ABAQUS自带模型和自编模型的优劣,结果表明编写的修正Mohr-Coulomb模型能够有效地反映岩土介质的抗拉性能,弥补了ABAQUS自带模型的不足。

岩石损伤软化的修正本构模型

利用服从Weibull分布的岩石微元强度表示方法,基于Drucker-Prager破坏准则,通过引入损伤变量的修正系数,利用应力-应变关系曲线峰值点处的应力、应变确定Weibull分布参数的关系式,建立不同围压下的损伤软化本构模型。该模型参数较少且易于确定,其参数的确定方法揭示了模型参数的物理意义。与前人的研究成果进行对比分析,结果表明该模型比未修正前有着明显的优越性,且与实测结果吻合较好,分析结果显示出该模型的合理性。

基于修正Drucker-Prager Cap模型的金属粉末成形本构模型参数确定方法

针对修正Drucker-Prager Cap模型参数复杂且难准确获取的问题,提出一种采用相对简单实验操作结合联合仿真反演优化确定模型参数的方法,用于金属粉末成形的数值模拟。首先通过实验分析与理论推导,确定重点反演优化参数,即偏心距参数R;采用联合仿真反演优化方法,借助ABAQUS有限元及二次开发平台与MATLAB优化算法,对参数R进行反演计算,进而完成相关硬化参数的确定;以金属粉末Distaloy AE为例,讨论参数R不同函数表达形式的反演结果对粉末压制成形过程数值模拟的影响。研究结果表明,偏心距参数R2及其关联的硬化参数比R1在压制力、脱模力、相对密度和残余应力数值模拟方面具有更高的准确性。

基于材料参数修正的6013铝合金热变形本构模型优化

为建立精确描述材料变形时热力学参数间重要关系的数学模型,采用Gleeble-3500热模拟机测试研究6013铝合金在温度为340~500℃、应变速率为0.001~10 s^(-1)范围内的平面应变热压缩变形行为,讨论材料参数对幂函数(PF)和双曲正弦函数(HS)本构模型(CM)精度的影响,对比分析优化后两类本构模型各自的优势。结果表明:温度系数(b)的修正对反求参数(a)的优化效果显著,将直接影响PFCM的预测精度;通过指数函数替换多项式对HSCM参数进行修正,可在保证预测精度的同时大幅减少计算工作量;PFCM在ε≥0.01 s^(-1)时的预测精度较高,平均相对误差仅为5.209%;HSCM在ε≤0.01 s^(-1)时的预测精度较高,平均相对误差仅为5.226%。

DP工艺Inconel 718合金高温流变曲线修正及应变本构模型

采用等温热压缩实验研究DP工艺Inconel 718合金在变形温度为900~1060℃,应变速率为0.001~0.5 s^(-1)条件下的高温流变行为,分析摩擦因数和绝热温升对真应力-真应变曲线的影响,并对摩擦引起的流变应力误差进行了修正,建立了基于应变量的应变本构模型。结果表明:随着应变速率的增大和变形温度的降低,摩擦因数的影响趋于明显,变形激活能和材料常数是应变量的函数。对引入应变量参数建立的用于预测工艺处理的Inconel718合金不同变形量时的流变应力本构模型进行误差分析,其实验值与预测值的相关性系数为0.998,平均相对误差绝对值为3.87%,能够用于准确预测不同变形量时合金的流变应力值。

基于修正Johnson-Cook模型的C5191-H磷青铜高速冲裁本构关系

针对高速冲裁过程中材料的应变硬化、应变速率强化、热软化效应数据难以获取,无法建立物理仿真动态模型的问题,利用Gleeble-3500热模拟试验机和分离式Hopkinson拉杆装置对C5191-H磷青铜分别进行应变速率为1、500、1000和1500 s-1、温度为20~400℃的拉伸试验,利用试验数据拟合并修正了经典的Johnson-Cook动态方程,并在高速冲裁数值模拟中验证了修正后的本构方程的有效性。结果表明:C5191-H磷青铜拉伸变形时呈现出明显的应变硬化和应变速率敏感性;利用试验数据拟合并修正应变强化项的Johnson-Cook动态本构模型,此模型具有较高的大应变、高速率、热效应本构关系描述精度,并能较好地描述该材料的高速冲裁物理仿真过程。

基于D-P损伤本构模型的修正优化

目前,基于D-P(Drucker-Prager)准则的岩石损伤本构模型在研究岩石损伤本构领域已经占据主导地位,其优越性日渐突出。主要以D-P准则的岩石损伤本构方程为基础进行分析,发现其在某些地方存在很大误差。在问题分析的众多因素中,发现泊松比是造成误差极其重要的因素。根据实验数据结果分析,发现岩石类材料的泊松比是一个不稳定值。由于泊松比用于D-P准则的损伤本构方程的全程,首次提出了类泊松比μ*(quasi-poisson’ratio)的概念,导出类泊松比的计算公式,并引入D-P准则的岩石损伤本构模型进行验证,证明在岩石中引入类泊松比的损伤本构模型更加符合实际。修正后的新模型对于软件数值分析和应用有新的突破,类泊松比概念的提出也将引起岩石力学在众多方面的改进,对岩石力学的发展有重要意义。

7050铝合金修正本构模型及Zener-Hollomon参数演化

依据等温热压缩结果,研究了均匀化7050铝合金在变形温度为300~450℃、应变速率为0.001~1 s^(-1)及应变量为0.9下的变形行为。提出了一种考虑变形条件与材料参数耦合关系的修正Arrhenius本构模型。结果表明,该修正本构模型的平均绝对百分比误差和均方根误差分别为2.093%和1.983 MPa,说明该修正本构模型的预测精度较高。此外,由修正模型计算得到的拓展值与实验获得的真应力-真应变曲线的变化规律一致,也证明了修正本构模型具有较好的精确度与扩展性。最后,根据修正本构模型计算了7050铝合金在不同变形条件下的变形激活能Q和Zener-Hollomon参数(Z参数),分析了Z参数对变形组织的影响,结果表明,ln Z随变形温度和应变速率的增加而降低,并且随着ln Z的降低,其变形微观组织形态由动态回复逐渐转变为动态再结晶。

结构动力学模型中阻尼特性参数的修正

将结构分析计算的稳态位移响应和相应实测数据的差异映射为具有能量意义的误差范数,通过最小化该误差范数来修正与结构系统有关的阻尼特性参数.通过计算的或实测的频响函数获得稳态响应数据,使用的幅值在理论上完全包含了所有的复模态信息,参数修正过程采用迭代的方式.给出仿真算例,并对实验数据有噪声和无噪声两种情况进行了研究,结果表明方法合理且可行.

基于均匀化理论的水合物沉积物修正Duncan-Chang本构模型

为了精确地描述水合物沉积物在外荷载作用下的变形,首先,基于Mori-Tanaka均匀化理论提出一种水合物沉积物等效弹性参数的有效预测方法;其次,考虑水合物胶结对沉积物侧向应变的影响,采用岩土复合体理论建立水合物沉积物的修正Duncan-Chang本构模型;最后,探讨模型参数对材料的宏观本构响应的影响,并将模型预测结果与室内三轴试验结果进行对比。研究结果表明:基于Mori-Tanaka均匀化理论的修正Duncan-Chang本构模型不仅能够较好地模拟在低饱和度高围压条件下的应变硬化现象以及在高饱和度低围压条件下的应变软化现象,也能够较好地预测水合物沉积物的侧向变形。水合物沉积物在外荷载作用下的变形主要受到与水合物饱和度和有效围压有关的模型参数的综合影响,模型参数a,b和c分别反映了水合物沉积物的刚度、强度和脆性。而侧向应变的取值主要受到模型参数f,m和n的综合影响,模型参数g的影响并不明显。

修正空间滑动面本构模型

基于对空间滑动面本构模型的仔细分析发现,由于该模型假定空间滑动面上的应力比(剪应力与法向应力之比)与应变比(法向应变与剪应变之比)之间为直线关系,因而导致不适应于低应力水平和不能考虑土逐渐趋于破坏的特性。通过假定空间滑动面上的应力比与剪应变之间符合双曲线关系予以修正。与三轴条件下砂土和黏性土的试验结果比较表明,修正后的模型不仅适应于整个应力及应变的可能变化范围、反映土随荷载增加逐渐趋于破坏的特性,而且计算精度在总体上还略高于原模型。修正模型中的参数均可由常规三轴排水试验确定。

结构动力学模型修正的一种参数型方法

从连续系统出发 ,利用应力 应变关系和惯性力公式推导出一种能量范数的本构关系误差公式 ,用它来构造结构动力学模型修正问题的数学模型 ;然后根据系统的稳态位移响应 ,通过一个迭代过程来求解 .参数的估算与不完整的实验数据的扩充相互耦合 ,引入扰动项来反映参数的改变对扩充的影响 .仿真算例对实验数据精确和有噪声 2种情况进行了研究 ,结果表明方法合理。

结构性黄土的修正剑桥模型

天然岩土材料强度变形特性与其结构性密切相关。在综合结构势理论的框架内,将结构性参数合理地引入到修正剑桥模型中,来预测结构性土的力学特性。首先,分析天然岩土材料的压缩特性和结构性之间的关系,即建立结构性参数与准先期固结压力、压缩指数和回弹指数的关系;其次,分析结构性土的强度特性,提出随结构性参数变化的临界状态线;最后,将结构性参数引入修正剑桥模型,建立符合天然岩土材料强度和变形特性的结构性模型。经过初步验证,该模型可以较为准确地反映结构性土的强度变形规律。

基于功热转换机理修正SUS301L-MT不锈钢J-C本构模型

在常温下对SUS301L-MT不锈钢进行了应变速率为0.0005 s^(-1)的准静态和0.1~500 s^(-1)的动态拉伸试验,基于经典J-C模型拟合得到其应力-应变曲线,通过最大拟合优度和匹配优度确定应变速率敏感系数,对经典J-C本构模型的模拟准确性进行分析;引入动态放大模量确定马氏体相变强化和绝热温升软化的临界应变,对J-C模型进行修正,并对修正模型的拟合结果进行了验证。结果表明:经典J-C本构模型无法准确描述试验钢在高应变速率塑性变形时的马氏体相变强化效应和绝热温升软化效应;修正后的J-C本构模型可准确描述应变速率在0.0005~500 s^(-1)时试验钢的力学行为,其匹配优度高达0.985,表明该模型合理有效。

对UE土体动力本构模型的修正

动力本构模型UE模型具有可以描述非对称循环荷载、记忆量小、模型参数物理意义明确、表达式简单等优点。但其描述等幅循环荷载作用下的土体滞回圈时,存在非对称性,并且无法较好地拟合土体动阻尼比随应变产生的变化规律。通过在UE模型的骨架曲线中引入两个瞬变参数,利用"massing二倍法"构造滞回曲线,使模型同时满足各个应变下的剪切模量及阻尼比,确定瞬变参数的表达式,将瞬变参数表达式带入滞回曲线方程中,即得到最终的滞回曲线表达式,并定义各个滞回圈顶点的连线为此修正模型的实际骨架曲线。分析结果表明,该修正模型能够克服UE模型存在的不足,且更符合实际。

基于修正Johnson-Cook本构模型的BFe10-1.6-1白铜合金高温流变行为

为了研究BFe10-1.6-1白铜合金的高温流变行为,采用Gleeble-3800热模拟试验机在变形温度分别为1023、1073、1123、1173、1123和1273 K,应变速率分别为0.001、0.01、0.1、1.0和10 s^(-1)的条件下对BFe10-1.6-1白铜合金进行了热压缩试验,建立了BFe10-1.6-1铜合金的Johnson-Cook本构模型。利用试验应力-应变数据建立了Johnson-Cook本构方程和修正Johnson-Cook本构方程。将所建立的方程预测的流变应力与试验数据进行了对比。引入相关系数R和平均绝对相对误差e_(AARE)验证了修正Johnson-Cook本构方程的准确性。R和e_(AARE)值分别为0.985和6.57%。结果表明,修正Johnson-Cook本构模型能够精确预测大多数变形条件下的流变应力。BFe10-1.6-1白铜合金的主要高温软化机制为动态回复。

45钢冷滚打成形Johnson-Cook本构模型参数标定及修正方法

冷滚打成形技术是在金属材料冷态下,使用具有一定形状的滚打轮不断击打工件表面,迫使金属局部产生塑性变形并逐渐累积的一种增量冷塑性成形方法。为了建立更为精准可靠的冷滚打成形的有限元模型,本文分析了冷滚打成形原理及其成形特点,采用下山单纯形法建立了以材料J-C本构模型参数为对象的多元函数修正方法,并以45钢为例,结合冷滚打实验和有限元仿真,修正了通过分离式Hopkinson压杆实验测定的J-C本构模型中的4个参数。结果表明相比于修正前,采用修正后的J-C本构模型参数得到的仿真结果能够准确描述不同加工参数下的冷滚打成形力,与实验结果的最大误差为9.8%。

单轴压缩下U75V钢动态力学行为及其修正J-C本构模型

采用材料试验机(MTS-880/25T)和温度控制的霍普金森压杆装置研究了U75V钢在25~700℃和0.0003~8000 s-1应变率下的力学行为进行了单轴压缩实验研究,获得了U75V钢在高温、高应变率动态压缩条件下的应力-应变曲线。利用Johnson-Cook模型对U75V钢动态塑性本构进行拟合,获得了其本构模型参数,发现U75V钢在500~700℃温度范围具有动态应变时效现象。对在2500 s-1应变率及不同温度下霍普金森杆撞击实验的试样组织进行观察,并对其发生动态应变时效的原因进行了分析和讨论。通过引入动态应变时效临界温度Tc和强化系数λ,对经典J-C模型进行了修正。结果表明,修正后的J-C模型参数可以在25~700℃和2500~8000 s-1应变率范围内准确描述U75V钢的动态力学行为。