一种新的超弹性本构模型用户材料子程序开发

橡胶超弹性本构模型不仅可对橡胶在工程中的应用提供理论指导,还可进一步将本构关系写入有限元中用于仿真模拟。为此提出了一个新的超弹性本构模型,该模型能够较好地拟合三类拉伸实验数据,并基于所提出的本构模型开发ABAQUS用户材料子程序UMAT。将所开发的子程序用于三类拉伸实验有限元仿真,对比仿真结果和本构模型的理论值可以发现,两者间只存在细微误差,表明所开发的子程序能够契合本构模型的力学描述。

基于Abaqus二次开发用户自定义场的功能梯度材料人体骨骼建模

用Abaqus提供的接口进行二次开发,提出功能梯度材料人体骨骼的建模方法.提出使用用户自定义场子程序(USDFLD)处理大变形和大位移等复杂情况的算法以及数据传递的办法,从而避免使用复杂的用户自定义材料子程序(UMAT);研究网格划分密度对分析结果和网格收敛性的影响,以确定有限元离散人体功能梯度材料的合理性.

基于UMAT焊接接头力学性能连续变化的表征方法及应用

焊接接头的力学性能是影响其安全性评价的重要因素。为了能够在数值分析中准确地表征焊接接头力学性能不均匀分布规律,本工作利用有限元软件中的用户定义材料子程序(UMAT)建立了材料力学性能参数随空间坐标连续变化的焊接接头材料力学性能表征方法,解决了“三明治”焊接接头有限元模型分析中存在的材料力学性能突变问题。以高组配焊接接头为例,分析比较了含裂纹缺陷的“三明治”与连续过渡焊接接头有限元模型裂尖应力应变场分布的规律与特点。结果表明,连续过渡焊接接头有限元模型能够更为准确地表征材料力学性能不均匀分布规律,为焊接接头的力学性能分析与安全性评价提供了新的数值分析思路和方法。

复合材料大开孔层合板压缩损伤分析与试验

为提升复合材料大开孔层合板损伤分析计算精度,采用三维渐进损伤分析模型研究了开孔复合材料层合板在压缩载荷作用下的损伤机理,模型考虑了损伤演化、破坏准则以及刚度退化等因素。其中,采用带剪切非线性修正的Hashin准则作为单元失效的判断依据,引入瞬时退化模型对失效单元进行材料退化仿真。在ABAQUS中通过编写用户自定义材料子程序,实现复合材料大开孔层合板压缩渐进损伤分析。通过大开孔层合板压缩强度试验对得到的仿真结果进行验证,对比结果表明仿真计算与真实试验结果误差仅为4%,且仿真分析计算得出的失效位置与失效模式和试验吻合较好,验证了模型的有效性与准确性。

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。

基于宏观三角形分区平板壳单元的非线性有限元分析

针对剪切闭锁效应,本文研究了一种基于假设自然应变方法的宏观三角形分区平板壳单元。利用通用有限元软件ABAQUS所提供的用户自定义单元(UEL)和用户自定义材料(UMAT)子程序,本文将宏观三角形分区平板壳单元和基于损伤能释放率的混凝土弹塑性损伤本构模型成功嵌入了ABAQUS的主分析模块。经典试验McNeice双向混凝土板的数值模拟结果表明:宏观三角形分区平板壳单元对于描述板壳结构的非线性损伤行为是行之有效的。

多管火箭武器储运发射箱长期储存蠕变性能预测

为探究火箭武器储运发射箱长期储存的蠕变性能,制备复合材料层压板并开展单轴拉伸蠕变试验,获得了单向纤维复合材料主方向的蠕变本构模型参数。采用有限元方法并借助用户自定义材料子程序建立储运发射箱长期储存蠕变的数值分析模型,预测了堆码储存15年后底层发射箱的蠕变变形。以储存后的发射箱作为初始状态建立弹管耦合发射动力学仿真计算模型,进一步分析蠕变对火箭弹发射过程的影响。仿真结果表明:蠕变引起的定向器平行度和发射箱底面平面度的变化均小于技术指标规定值,定向器束的最大残余变形在三维空间内呈马鞍状分布,上、下两行中间位置定向器的变形最大,左、右两列中间位置定向器的变形最小。定向器蠕变变形使得弹管间隙减小,火箭弹在管内运动使弹管之间的动态接触碰撞力增大,离轨速度降低。

切口节点疲劳试验及损伤演化仿真研究

针对经常出现切口的船体结构节点连接处这一疲劳严重部位设计了一种切口试件。采用试验和数值计算方法研究切口节点在恒幅(CA)疲劳载荷下的疲劳特性。首先进行切口试件系列疲劳试验得到典型工况下的疲劳寿命值;然后引入基于损伤力学理论建立疲劳损伤演化模型,推导模型的迭代公式,采用非线性拟合方法拟合试验数据,得到损伤演化模型的相关参数;最后采用用户子程序技术建立疲劳损伤与单元刚度耦合算法进行有限元分析并将仿真结果与试验得到的疲劳寿命进行对比。结果表明:采用损伤-刚度耦合的仿真方法的分析结果与试验结果符合较好。

考虑剪切修正和混合硬化准则的GTN模型研究

本文详细介绍了修正后的GTN模型公式,并基于材料处于循环载荷下GTN模型不能较好的模拟材料的硬化规律;平均应力在纯剪状态下为零,孔洞不会长大和贯通。为此在考虑剪切修正和混合硬化准则的条件下推导了相应的积分算法,编写了用户自定义材料子程序VUMAT,并进行了验证。研究了孔洞在不同载荷情况下的演化规律及结果分析,为进一步研究GTN模型提供一定的依据。