行業新聞 2025-04-21
Abaqus默認的塑性材料特性應用金屬材料的經典塑性理論，采用Mises屈服面來定義各向同性屈服。
金屬材料的彈塑性變形行為可以簡述如下（見圖1）：在小應變時，材料性質基本為線彈性，彈性模量E為常數；應力超過屈服應力（yield stress）后，剛度會顯著下降，此時材料的應變包括塑性應變（plastic strain）和彈性應變（elastic strain）兩部分；在卸載后，彈性應變消失，而塑性應變是不可恢復的；如果再次加載，材料的屈服應力會提高，即所謂的加工硬化（work hardening）。
需要說明的是：在比例加載時（即加載過程中主應力方向和比值不變），大多數材料的PEMAG和PEEQ相等。這兩個量的區別在于，PEMAG描述的是變形過程中某一時刻的塑性應變，與加載歷史無關，而PEEQ是整個變形過程中塑性應變的累積結果。例如，單向拉伸一個圓柱體，使其發生塑性應變，再通過單向壓縮使其恢復初始長度，則最終的PEMAG為0，而PEEQ是拉伸和壓縮過程中塑性應變的累積。
等效塑性應變PEEQ大于0表明材料發生了屈服。在工程結構中，等效塑性應變一般不應超過材料的破壞應變（failure strain）。對于金屬成形等大變形問題，應根據生產工藝要求來確定許可的等效塑性應變量。
Abaqus/Standard無法準確模擬構件因塑性變形過大而破壞的過程，此問題應使用Abaqus/Explicit來分析，詳見Abaqus 幫助文件《Abaqus Analysis User’s Manual》的第11.6節“Progressive damage and failure”。
在Abaqus中進行彈塑性分析時，最主要的操作是按照下面介紹的方法來定義塑性材料數據（即應力應變關系）。如果模型的位移較大，則應將幾何非線性參數Nlgeom設置為ON，對應的關鍵詞為*STEP, NLGEOM=Yes。
需要注意的是：彈塑性分析中并不一定總要考慮幾何非線性。“幾何非線性”的含義是位移的大小對結構的響應發生影響，例如大位移、大轉動、初始應力、幾何剛性化和突然翻轉等。
*MATERIAL, NAME = <材料名稱 >
……
*PLASTIC
<屈服點處的真實應力 >, 0
<真實應力 >, <塑性應變 >
……
需要注意的是：關鍵詞 *PLASTIC下面第一行中的第二項數據必須為0，其含義為：在屈服點處的塑性應變為0。如果此處的值不為0，在運行時會出現以下錯誤信息:“***ERROR: THE PLASTIC STRAIN AT FIRST YIELD MUST BE ZERO”。
例如，下面的語句定義了圖2所示的塑性材料數據（鋼材的單軸壓縮試驗）：
*Material, name=Material-1
*Elastic
210000., 0.3
*Plastic
418, 0
500, 0.01581
605, 0.02983
695, 0.056
780, 0.095
829, 0.15
882, 0.25
908, 0.35
921, 0.45
932, 0.55
955, 0.65
988, 0.75
1040, 0.85
本例中，最大塑性應變為0.85，相應的真實應力為1040，其含義為：材料的Mises應力達到1040后，材料變為理想塑性（圖6-2中的虛線部分），即材料會持續變形，直到應力降至小于或等于1040。換言之，在理想塑性狀態下，應力和應變值不是一一對應的，而這有可能會造成收斂問題，因此，在設定關鍵詞 *PLASTIC的塑性數據時，應盡可能讓其中最大的真實應力和塑性應變大于模型中可能出現的應力應變值。
需要注意的是：關鍵詞 *PLASTIC下面各個數據行中的塑性應變必須按照遞增的順序排列，否則在運行時會出現以下錯誤信息:“***ERROR: THE INDEPENDENT VARIABLES MUST BE ARRANGED IN ASCENDING ORDER”。
比較分析發現：當塑性應變較小時，由單向拉伸試驗和單向壓縮試驗得到的真實應力-真實應變關系曲線基本一致。當塑性應變很大時，單向拉伸試驗中的試樣會出現頸縮，而單向壓縮試驗中摩擦力的影響變大，試樣變成圓鼓形，此時兩種試驗結果在塑性應變很大時都不準確，用戶應仔細考察大變形分析結果的準確性。
另外，對于同一個模型用戶可以混合使用彈塑性材料和線彈性材料。為縮短分析時間，可以只將所關心的重要部位設置為彈塑性材料，而將不重要的部位設置為線彈性材料（前提是這樣的設置不會影響對重要部位的分析精度）。
曹金鳳，青島理工大學副教授
SIMULIA 冠軍項目成員
曹金鳳于2007年在中國礦業大學（北京）獲得博士學位。她擁有20年以上的Abaqus使用經驗。她從2007年起在青島理工大學工作，是機械和汽車產業領域仿真技術的積極推廣者。
曹金鳳擁有豐富的SIMULIA經驗，尤其熟稔Abaqus，這是因為她從碩士研究生學習期間就開始使用Abaqus。她出版了有關Abaqus和Python的六部著作，并擁有一個粉絲在10000人左右的Mechanis_Abaqus微信公眾號，每年有3萬多人閱讀她在公眾號上發表的SIMULIA文章。她于2009年在青島設立Abaqus培訓中心，致力于向學生和工程師開展Abaqus/CAE和SIMULIA產品培訓，該中心已培訓了1000多名學生。此外，她還錄制了120多個小時的教學視頻，獲得了超過10萬次的點擊量。
在閑暇時間，曹金鳳喜歡通過仿真秀CAE仿真論壇向他人傳授知識，解答問題，從而提高自身技能和經驗水平。
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