1. 弹塑性分析的主要问题
1.1 elastic-plastic deform behavior
abaqus 默认的塑性表现行为是金属材料经典塑性理论,采用mises屈服面定义各向同性屈服。
一般金属材料都是各向同性材料,弹塑性行为:
- 小应变时,材料表现为线弹性;
- 应力大于屈服应力后,stiffness 下降,此时 ϵ = ϵ p l a s t i c + ϵ e l a s t i c \epsilon=\epsilon_{plastic}+\epsilon_{elastic} ϵ=ϵplastic+ϵelastic。
- 卸载后,elastic strain 恢复而plastic strain 不会恢复,而yield stress 会提高**(work hardening现象)**
在单向拉伸/压缩的实验中,得到的数据一般是 ϵ n o m 和 σ n o m \epsilon_{nom}和\sigma_{nom} ϵnom和σnom
ϵ n o m = Δ l l 0 σ n o m = F A 0 \epsilon_{nom}=\frac{\Delta l}{l_0} \hskip{25px} \sigma_{nom}=\frac{F}{A_0} ϵnom=l0Δlσnom=A0F
两者不能准确描述变形过程中截面面积A的变化,所以需要转换为真实应力/应变:
c o n v e r s i o n f o r m u l a : conversion formula: conversionformula:
ϵ t u r e = ∫ l 0 l d l l = l n ( l / l 0 ) = l n ( l 0 + Δ l l 0 ) = l n ( 1 + ϵ n o m ) \epsilon_{ture}=\int^{l}_{l_0}{\frac{dl}{l}}=ln(l/l_0)=ln(\frac{l_0+\Delta l}{l_0})=ln(1+\epsilon_{nom}) ϵture=∫l0lldl=ln(l/l0)=ln(l0l0+Δl)=ln(1+ϵnom)
σ t u r e = F A = F A 0 l 0 l = σ n o m ( 1 + ϵ n o m ) \sigma_{ture}=\frac{F}{A}=\frac{F}{A_0\frac{l_0}{l}}=\sigma_{nom}(1+\epsilon_{nom}) σture=AF=A0ll0F=σnom(1+ϵnom)
x = { 小 于 0 , c o m p r e s s 大 于 0 , t e n s i l e x = \begin{cases} 小于0 &\text{, } compress \\ 大于0 &\text{, } tensile \end{cases} x={小于0大于0, compress, tensile
∵ ϵ t u r e = ϵ e l a s t i c + ϵ p l a s t i c ∴ ϵ p l a s t i c = ϵ t u r e − ϵ e l a s t i c = ϵ t u r e − σ t u r e E \because \epsilon_{ture}=\epsilon_{elastic}+\epsilon_{plastic}\\ \therefore \epsilon_{plastic}=\epsilon_{ture}-\epsilon_{elastic}=\epsilon_{ture}-\frac{\sigma_{ture}}{E} ∵ϵture=ϵelastic+ϵplastic∴ϵplastic=ϵture−ϵelastic=ϵture−Eσture
1.2 ABAQUS OUPUT VARS
- 真实应力 σ t u r e \sigma_{ture} σture:mises应力 S.Mises
- 真实应变 ϵ t u r e \epsilon_{ture} ϵture:
- 几何非线性问题:odb文件中的对数应变LE即为真实应变
- 几何线性问题:总应变E即为 ϵ t u r e \epsilon_{ture} ϵture
- 塑性应变 ϵ p l a s t i c \epsilon_{plastic} ϵplastic:PEEQ /PEMAG/PE
- 弹性应变 ϵ e l s t i c \epsilon_{elstic} ϵelstic:EE
- 名义应变:NE
PEEQ和PEMAG的区别
PEEQ和PEMAG在比例加载条件洗,大多数材料而言是相等的。PEEQ是整个变形过程中塑性应变的累积PEMAG是变形过程中某一时刻的塑性应变,和加载历史无关。
PEEQ>0则表明材料屈服,工程中PEEQ一般不能大于failure strain
ABAQUS/STANDARD不可以求解因塑性应变过大造成的失效过程。
2. ABAQUS设置弹塑性分析
- 定义塑性材料行为
- 将单向实验测得的 ϵ n o m \epsilon_{nom} ϵnom和 σ n o m \sigma_{nom} σnom换算成 σ t u r e 和 ϵ p l a s t i c \sigma_{ture}和\epsilon_{plastic} σture和ϵplastic
- 在property中输入数据
- 注意:
- data line必须是递增的
- 第一行要是:真实屈服应力,0 否则报错。
- 分析过程中,真实应力如果超过了设定的最大值,那么就进入了理想塑性状态,可能不收敛
3. abaqus 弹塑性分析中的收敛问题
- load(特别是piont load) 造成局部大应变就可能不收敛。
现象:- Msg文件中出现警告信息
- 迭代过程中,时间增量步不断减小后abort.
- 后处理中,deform factor=1,也可以看到应变过大而单元扭曲的单元。
- Msg文件中出现警告信息
-
输入的塑性数据如果有负斜率,可能会有负特征值的警告
-
单元选择建议用:C3D8R/C3D8I/C3D10M。使用C3D20和C3D20R容易造成体积自锁。
参考资料:
- 《abaqus有限元实例详解》 石亦平等著