Abaqus材料库常用材料参数设置

高级ABAQUS材料库在工程分析中的应用与材料模型详解

ABAQUS，作为全球领先的有限元分析软件之一，其材料库的丰富性和多样性在工程分析领域堪称全面。这些材料模型涵盖了从金属、塑料、橡胶、泡沫到复合材料、颗粒状土壤、岩石、直至混凝土和钢筋混凝土等，几乎覆盖了所有工程层面的需要。本文章旨在深入探讨ABAQUS材料模型中的三个主要类别，即线弹性模型、塑性模型以及超弹性（Hyperelasticity）模型，并详细阐述他们的理论背景和在ABAQUS中的实现和应用。

材料模型概述


1. 线弹性材料模型

线弹性模型主要适用于在小应变时材料的弹性行为。这类模型假设材料的刚度在特定温度或场变量的影响下是恒定的，可以在ABAQUS/CAE中通过直接输入参数来定义。定义时需考虑的是材料是否为各向同性、正交各向异性或完全各向异性。此外，这些模型允许一些属性随温度和其他场变量的变化而变化。在当前坐标系中定义材料特性较为直接，但在正交各向异性或完全各向异性情况下，需使用局部坐标系统来准确描述特性。

ABAQUS中定义线弹性参数包括但不限于弹性模量、泊松比等基本物理参数。在较大幅度的非弹性响应出现时（如应变超过5%）需过渡到塑性行为模型。




2. 塑性模型

塑性模型针对材料在非线性应变下的行为，特别是在高强度和高应变的工程问题中至关重要。在ABAQUS中定义塑性材料模型时，关键是在真实应力和真实应变的基础上进行处理。由于实验室数据往往是以名义应力和名义应变提供，ABAQUS过程中需要进行转换以适应真实应力应变关系。这个转换基于提供数据点之间的线性插值，甚至是ABAQUS/隐式中的规则化数据处理。转换后的响应关系定义了真实应力和名义应力、应变之间的联系。

3. 超弹性模型

针对橡胶和弹性泡沫等材料的非线性弹性行为，超弹性模型提供了准确模拟的工具。与纯弹性材料不同的是，超弹性材料在大应变（通常超过100%）下保持弹性变性。ABAQUS在处理超弹性行为时，假定材料行为是弹性、各向同性，并考虑几何非线性。此外，针对ABAQUS/Standard，材料默认为不可压缩，而在ABAQUS/隐式中则假设材料接近不可压缩（泊松比默认0.475）。弹性泡沫作为另一类模型对象，因其高度非线性变形特性，一旦遇到压力会表现出巨大可压缩性，ABAQUS提供了多样化模型（如多项式模型、Ogden模型、ArrudaBoyce模型、Marlow模型等），用于模拟其复杂行为。

材料试验数据的应用与模拟准确性

材料试验数据在ABAQUS中的应用是超弹性材料模拟的关键。该软件能够直接接受试验数据，并通过最小二乘法拟合参数曲线，使模型能准确反映实验结果。ABAQUS能够处理多种试验数据情景，包括但不限于单轴拉伸和压缩、等双轴拉伸和压缩、平面拉伸和压缩（纯剪）以及体积拉伸和压缩。

然而，对于超弹性材料的试验数据处理，要求以名义应力和名义应变的值提供给ABAQUS。模拟结果的质量显著依赖于提供的材料试验数据质量，因此数据的准确性、可靠性和完整性至关重要。