基于VUMAT的钢管混凝土冲击数值模拟

在侧向撞击作用下,分析了钢管混凝土构件动态力学响应及不同混凝土动态本构模型适用性。文中基于ABAQUS软件分别采用Holmquist-Johnson-Cook(HJC)和欧洲混凝土协会规范动态增长因子(DIF)的动态本构模型。结果表明有限元结果与试验结果吻合度较好,验证了数值模型和二次开发的HJC材料子程序的准确性,HJC模型的VUMAT子程序能够用于受侧向冲击下的钢管混凝土构件的动态力学行为分析。

基于Abaqus中UMAT的CF/EP复合材料损伤过程及强度分析

复合材料使用过程中难免受到冲击从而产生损伤,且外观难以发现,损伤的主要形式有基体裂纹、纤维断裂以及层间分层。其中,层间分层损伤和基体开裂是最常见也是最危险的破坏形式。本文使用了有限元软件分析研究复合材料层合板的冲击损伤过程,并对结果进行了可视化处理。

基于VUMAT方法的TBM滚刀破岩仿真与试验

针对隧道掘进机（Tunnel Boring Machine,TBM）刀盘设计过程中的滚刀间距确定问题,基于ABAQUS平台,采用用户定义子程序（User Material Subroutine,VUMAT）方法,编制了考虑损伤断裂和混合强化的岩石本构模型,进行了滚刀破岩过程的仿真计算。通过回转切削破岩试验,验证了仿真模型。使用经过验证的仿真模型开展成组计算,研究了刀间距对滚刀破岩法向力、滚动力和比能的影响,发现法向力和滚动力随刀间距增大而线性增大,TBM切削硬质砂岩的最优刀间距介于70~80 mm之间。

基于VUMAT的钛合金切削仿真

钛合金切削是近年来的热门研究课题,针对切削过程中产生锯齿形切屑的问题,调用有限元分析软件ABAQUS的用户材料子程序VUMAT,结合弹塑性力学相关理论,并考虑材料温度和材料损伤过程,建立了JC(Johnson-Cook)本构关系。用拉伸和剪切模型验证子程序VUMAT的准确性,并通过调用子程序实现了钛合金Ti-6Al-4V的切削仿真。

基于VUMAT的三维裂纹动态扩展有限元模拟

文章基于ABAQUS/EXPLICIT平台的VUMAT接口,直接对材料积分点添加自定义本构方程和失效准则,开发了三维裂纹动态扩展子程序。在网格适当加密的情况下就能完成三维裂纹动态扩展模拟。在加载策略上选用适应性较强的增量法,直接在软件中通过增量步控制求解过程和收敛性,计算结果与试验结果一致。本文方法基于商业有限元软件ABAQUS,仅对材料本构方程和积分点失效进行编码,无需调整和重新划分网格,操作简单,计算效率高,适合推广到复杂的本构关系和大型工程模型。

基于VUMAT的海洋结构物撞冰行为数值仿真

对海洋结构物撞冰行为和冰载荷特性进行研究。基于ABAQUS通用有限元软件平台开发理想弹塑性冰材料VUMAT用户子程序;根据Tsai-Wu屈服准则和经验失效准则,采用完全隐式向后欧拉回映算法实现冰材料应力和应变的更新,并通过单个单元的压缩和拉伸试验验证该子程序的可行性。采用已开发的冰材料VUMAT子程序模拟刚性直立圆柱结构以不同速度撞击平整冰排,研究海冰的损伤过程,并分析碰撞速度对结构物承受冰载荷的影响。模拟刚性勺型破冰艏冲撞式破冰场景,并研究冰层厚度对冰载荷的影响。

基于VUMAT的先进高强度双相钢车身板的拉弯剪切断裂模拟

先进高强度双相钢在小半径拉弯成形中易发生剪切断裂。而传统的方法,如成形极限图(FLD),无法预测这种类型的断裂形式。将在岩土方面应用广泛的Mohr-Coulomb模型用来分析在拉伸弯曲过程中双相钢板的失效行为。基于ABAQUS/Explicit平台的用户材料子程序(VUMAT)接口,开发了基于Hill’48各向异性屈服准则的修正Mohr-Coulomb模型子程序,通过槽型件的拉伸弯曲算例,验证了子程序的正确性及有效性。分析结果表明,Hill’48-MMC模型可以预测先进高强度双相钢的剪切断裂。

基于VUMAT的复合材料层合板冲击损伤研究分析

在复合材料层合板受低能量冲击破坏机理研究基础上,提出了基于Tsai-Wu失效准则和试验数据设计VUMAT子程序建立复合材料的材料本构模型。开展了ABAQUS显示动力模块下基于VUMAT子程序复合材料有限元计算,并与冲击实验结果对比,验证了分析的可靠性。建立了一套在复合材料层合板的冲击损伤数值分析中的方法,为后续工程研究打下了基础。

二维饱和沉积盆地地震动响应非线性分析

沉积盆地对地震动具有明显的放大效应。利用ABAQUS软件及二次开发平台,编写了基于Davidenkov骨架曲线的VUMAT子程序,对饱和沉积盆地进行了非线性反应模拟。建立不同基岩面坡度的二维T型沉积盆地,输入4条不同频谱特性及幅值的近断层地震波,研究不同盆地基岩面坡度、饱和介质特性、地震波强度等因素对沉积盆地非线性反应规律的影响。研究结果表明,地震波作用可造成饱和沉积盆地发生局部液化,地震波强度越大,液化区分布范围越广,地表处出现了永久塑性变形;地震波强度的增大导致地表土层发生液化的时间提前,且下层土的液化会减弱地震波的传播速度,导致上层地表土发生液化的时间延后;盆地内地表最不利位置随着基岩面坡度的增大逐渐向中心处移动,不同工况下速度峰值放大系数为1.18~3.33。

碳纤维含量对碳纤维增强聚醚醚酮复合材料弯曲性能和失效行为的影响

基于渐进损伤的VUMAT子程序,并引入了Johnson-Cook模型,通过Matlab生成了不同碳纤维占比的碳纤维增强聚醚醚酮(CFRP)复合材料,建立了三点弯曲有限元模型。通过分析应力—应变分布、载荷—位移曲线和吸收能—位移曲线得出以下结论:添加碳纤维有效改善了基体聚醚醚酮(PEEK)内部的应力—应变分布,显著提升了材料的力学性能、刚度和抗断裂性能。CFRP复合材料在三点弯曲过程中表现出更好的性能,能够承受明显的塑性变形,且有效避免裂纹扩展。此外,在相同位移载荷条件下,随着碳纤维含量增加,CFRP复合材料的位移逐渐减小。特别是在碳纤维质量分数为10%和20%的复合材料中,上表面和下表面的最大位移呈现出曲折的特点。结合应力—应变场的分布情况,这表明碳纤维的添加能有效提高材料的刚度和抗弯性能。

抚顺西露天矿泥岩蠕变特性试验及介观模型研究

为研究抚顺西露天矿边坡中泥岩蠕变特征,利用ITZ-1型三轴剪切仪,采用陈氏分级加载法对抚顺西露天矿边坡中的岩样进行蠕变试验,获得岩样蠕变曲线。对试验数据进行数值拟合得到改进的Burgers模型基本参数,在ABAQUS有限元分析软件中对改进的Burgers模型二次开发编写UMAT子程序。通过Python脚本结合Voronoi多边形法建立岩石介观结构模型,模拟得出岩样蠕变曲线,分析试验蠕变曲线及数值模拟得出的介观尺度损伤。研究结果表明:抚顺西露天矿边坡中泥岩具有减速和等速蠕变阶段特性,岩石介观模型模拟所得蠕变结果与试验结果误差较小,泥岩中沿轴向生长的介观结构更易发生损伤、破坏。所建岩石介观模型可以更精确地模拟岩石介观结构特征,为工程实际中的岩石力学仿真模拟提供参考。

基于ABAQUS的白砂岩损伤的本构模型的二次开发

ABAQUS有限元分析软件在岩土力学方面的功能很强大,但是ABAQUS软件的材料库中没有白砂岩酸性条件下不同干湿循环处理下的本构模型,因此论文将在ABAQUS的平台上对此模型进行二次开发,将模型编译成UMAT子程序,并对子程序进行验证。通过UMAT二次开发的子程序进行的模拟结果与实际试验的数据对比。

浇注PBX替代材料的准静态压缩力学行为及本构模型标定

为研究高聚物粘结炸药(PBX)的准静态压缩行为,对两种典型配方(含铝粉与否)的浇注PBX替代材料在不同应变率下进行单轴准静态压缩试验,并对其力学性能进行了对比分析。同时基于朱‑王‑唐(ZWT)模型提出一种新模型来描述材料的准静态压缩行为,通过遗传算法获取本构模型参数,并使用Fortran语言在Abaqus有限元软件的用户材料子程序(UMAT)接口中进行本构模型的建立。结果表明:浇注PBX替代材料的准静态压缩过程可分为弹性压缩、应力衰减以及失稳破坏3个阶段;准静态压缩力学行为与应变率有明显的相关性,随着应变率的提高,材料的有效压缩应变基本不变,而压缩模量、屈服强度和压缩强度的对数与应变率对数近似呈现出线性关系;铝粉的加入使浇注PBX替代材料压缩模量、屈服强度和压缩强度均有所提升。新构建的本构模型能较好描述浇注PBX替代材料的准静态压缩行为,使用有限元软件对本构模型普适性进行验证,得到仿真计算结果与试验结果间可决系数R^(2)均大于0.98,吻合程度较高。

基于UMAT的热障涂层位移不稳定性数值模拟

利用有限元分析软件中的UMAT子程序,开发了一种新的数值模拟方法来研究热障涂层的位移不稳定性。它可以模拟TGO的实际增长情况,并且可以开放给工程人员进行更多更好的后续分析。对于热障涂层位移不稳定性的研究先是通过实验观察得到TGO的应力以及位移情况。然后利用有限元仿真分析得到其数值模拟结果,所用到的有限元模型是针对较小的TGO厚度(小于1μm),并且将数值模拟结果与目前公认的Karlsson的结果以及实验观察结果作对比。结果表明,TGO的最终变形以及应力分布与Karlsson的分析结果具有相当不错的吻合程度,证明了该数值模拟方案的正确性和有效性,为后续的工作特别是热障涂层系统失效的分析提供了很好的工程参考价值。

考虑地震应变率效应的木材单轴受压本构模型

地震作用下木结构的精细化分析应考虑木材的应变率效应.为确定地震应变率对木材单轴受压力学性能的影响,选取落叶松和樟子松两种木材,分别设计了横纹试件与顺纹试件,通过其在地震应变率10^(-3)s^(-1)、10-2 s^(-1)、10-1 s^(-1)和准静态应变率10^(-4)s^(-1)作用下的单轴受压试验,研究了木材应力-应变关系、破坏模式、弹性模量、抗压强度等的变化规律.结果表明:木材抗压强度、弹性模量的单轴受压地震应变率效应明显;随着地震应变率水平的增大,木材抗压强度提高更为显著.进一步建立了考虑地震应变率效应的木材单轴受压本构模型,编写了相应的UMAT子程序,并将其嵌入ABAQUS有限元软件中.在此基础上,对木材进行了单轴受压数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好,验证了本构模型、UMAT子程序的正确性.研究成果可为木结构的抗震分析提供本构支持.

聚丙烯复合材料动态力学性能及本构表征

为研究聚丙烯(polypropylene,PP)复合材料的动态力学性能,进行了PP-TD20、PP+EPDM-TD20和PP-LGF203种材料在准静态和中应变率下的拉伸力学性能测试试验。试验结果表明,TD20和LGF20的加入分别将PP基体的强度极限提升约1倍和3.2倍,三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)在韧性方面起到显著增强作用,PP-TD20和PP+EPDM-TD20仍表现为韧性,而PP-LGF20改变为脆性材料。3种材料在弹性和塑性阶段均表现出较强的应变率敏感性,刚度、流动应力、屈服强度和强度极限随着应变率的增加而增大。采用修正的ZWT(Zhu-Wang-Tang)模型和修正的J-C(Johnson-Cook)模型构建几种材料的动态本构关系,识别模型参数,拟合的曲线与试验结果基本一致,表明这两种模型能够准确反映材料的动态力学行为。由修正的ZWT模型推广获得三维应力状态下的本构方程,编写VUMAT子程序,数值模拟得到的载荷-位移曲线与试验结果吻合较好,进一步表明了本构关系的有效性。

基于UMAT的风机叶片复合材料横向微观尺度力学响应分析

采用随机纤维分布阵列的代表性体积单元(RVE),并根据体积单元整体的受力特性对其边界条件进行设定,通过运行脚本快速有效地施加周期性边界条件。运用Abaqus材料子程序UMAT建立材料的损伤模型,并且通过有限元数值模拟对损伤模型进行了验证,得到了叶片复合材料受到不同横向载荷作用下的微观尺度力学响应,进一步展现了叶片受外载荷影响所引起的微观尺度的破坏趋势。

基于内聚力模型的气波机振荡管304对接钎焊接头拉伸强度研究

气波机核心部件振荡管采用钎焊连接,钎焊接头拉伸性能对气波机结构强度具有重要影响。为了对钎焊接头界面裂纹扩展过程进行探究,笔者针对气波机振荡管钎焊结构,制备304对接钎焊接头试样进行拉伸试验,并对拉伸断口进行形貌分析,断口处表现为韧性断裂;基于内聚力模型,开发了VUMAT子程序,进行了有限元模拟分析。模拟断裂载荷为5 039 N,试验值为5 242 N,2者误差为3.9%,验证了模拟的准确性,结果表明内聚力模型可以较好地模拟气波机振荡管钎焊接头的裂纹萌生与扩展过程。在此基础上研究焊缝缺陷对钎焊接头断裂载荷的影响,发现缺陷处内聚力单元损伤速率加快,引起断裂载荷显著下降。

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。

基于ABAQUS用户子程序UMAT的TGO氧化过程数值模拟方法(英文)

热生长氧化物TGO在高温环境中的形成一直是影响热障涂层系统(TBC)的重要因素。基于ABAQUS材料用户子程序UMAT建立了一个不同于目前有限元方法的数值模拟方案,以此模拟在高温氧化环境中热生长氧化物的生长形成过程,该分析方法突破了TGO厚度的限制。通过与目前权威研究结果比较分析发现,两者表现出较好的吻合度,说明该分析策略的正确性和有效性,为以后全面研究掌握热障涂层保护系统(TBC)的力学性能提供了参考和依据。