Abaqus中文网站 > 技术问题 > Abaqus如何定义非线性材料怎样用 Abaqus设置材料属性

Abaqus如何定义非线性材料怎样用 Abaqus设置材料属性

发布时间:2025-06-26 12: 00: 00

Abaqus如何定义非线性材料怎样用 Abaqus设置材料属性是进行复杂工程结构仿真分析的核心环节之一。由于工程材料在实际使用过程中常常表现出明显的非线性行为,如塑性、蠕变、超弹性等,若要准确模拟这些响应特征,必须依赖于Abaqus强大的非线性材料建模能力与灵活的属性设置功能。以下将围绕非线性材料定义的具体步骤、常用材料模型的设置方式,以及相关属性设定展开详细解析,为用户构建高精度有限元模型提供可靠指导。  

一、Abaqus如何定义非线性材料  

在Abaqus中实现非线性材料建模,关键在于正确选择材料模型并准确输入实验数据或参数。Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit两种求解器均支持非线性材料行为建模,但具体功能与性能略有差异。  

1.弹塑性材料(Elastic-Plastic)设置  

适用于金属类材料的理想弹塑性或多段应变硬化模型,步骤如下:  

进入“Property”模块,点击“Create Material”,命名如“Steel\_ElasticPlastic”  

选择“Mechanical”→“Elastic”→“Isotropic”,输入弹性模量E与泊松比ν  

再进入“Plastic”选项,输入等效应力-应变数据对,支持多段定义(单位通常为MPa和无量纲应变)  

示例数据可设为:  

定义非线性

这样Abaqus会自动绘制非线性硬化曲线,并据此迭代求解。  

2.超弹性材料(Hyperelastic)定义  

用于橡胶、泡沫等大变形软材料。操作步骤:  

“Mechanical”→“Elastic”→“Hyperelastic”,可选择模型类型如Neo-Hookean、Mooney-Rivlin、Ogden等  

输入材料常数,如Mooney-Rivlin模型下需C10和C01  

若已获取应力-应变数据,还可使用Abaqus内置拟合器通过“TestData”导入实验数据进行参数反推  

3.蠕变(Creep)与粘弹性(Viscoelastic)建模  

Abaqus允许用户在材料中加入时间相关性,通过“Creep”或“Viscoelastic”模块:  

“Creep”模型通常定义为时间-应变关系:ε=Aσⁿtᵐ  

“Viscoelastic”模型支持Prony级数定义,需输入剪切松弛模量与时间常数等参数  

用户需结合材料试验结果进行精准输入,否则会影响长期响应预测准确性。  

超弹性材料

4.非线性弹性材料  

适合描述非线性应力-应变但无塑性残余的材料,比如某些高分子复材。设置时无需开启Plastic模块,只需在Elastic中选择“NonlinearElastic”路径。  

二、怎样用Abaqus设置材料属性  

材料属性不仅决定模型计算结果,还影响求解效率与稳定性。设置属性时应结合具体分析工况灵活配置。  

1.材料模块界面结构简介  

Abaqus的“Create Material”对话框按照物理属性分类,主要包括:  

Mechanical(结构类)  

Thermal(热性能)  

Electrical(电性能)  

Other(特殊用途,如损伤、渗流)  

不同属性模块之间可叠加组合,形成多物理场材料模型。  

2.基本物理属性设置  

所有材料最基础的三项设置包括:  

弹性模量E:反映材料刚度  

泊松比ν:反映横向变形比例  

密度ρ:质量计算与动力学分析中必要  

例如普通碳钢可定义:  

设置材料属性

3.材料参数单位规范  

在Abaqus中使用统一单位制极其关键。建议常用单位体系:  

力:N  

长度:mm  

应力:MPa  

密度:kg/mm³(需注意:7850kg/m³=7.85e-6kg/mm³)  

若单位设置不当,会导致仿真结果严重失真,甚至无法收敛。  

材料参数单位

4.赋予材料属性到Section  

完成材料定义后,需通过“Create Section”将其封装:  

Solid结构使用“Solid Section”,Shell结构使用“Shell Section”  

在“Assign Section”中将Section分配到模型几何体或网格区域上  

赋予材料属性的步骤关系仿真区域的刚度与变形行为,因此必须匹配得当。  

5.材料的温度依赖性与环境适应性设置  

若分析模型涉及热场或温差影响,需开启:  

Thermal Expansion(线膨胀系数)  

Conductivity(热导率)  

Specific Heat(比热容)  

例如钢的线膨胀系数为1.2e-5/°C,可设为常数,也可通过表格输入温度相关性。  

三、Abaqus中材料损伤模型

在真实工程中,材料并非无限强度,损伤与破坏不可忽视。Abaqus提供一系列材料损伤模型,支持模拟裂纹萌生、扩展及最终断裂。  

1.金属塑性损伤(DuctileDamage)  

通过应变控制的损伤演化模型模拟金属构件的失效过程。设置路径:  

“Mechanical”→“Damage for Ductile Materials”  

输入初始损伤应变、演化规律(如指数函数)  

激活失效触发条件,如应变值、塑性功、应力三轴度等  

Abaqus将自动在失效点降低刚度直至元素删除。

材料损伤模型

  

2.复合材料损伤(Hashin、Puck)  

用于描述纤维拉伸断裂、基体剪切损伤等复合材料特有失效模式。步骤:  

设置“Damage Initiation”模型:选择Hashin或Puck标准  

设置“Damage Evolution”模型:可定义耗散能或最大应变  

需结合叠层顺序,每一层赋予独立损伤参数  

3.混凝土等脆性材料损伤(CDP)  

混凝土损伤塑性模型(Concrete Damaged Plasticity)在结构工程中应用广泛:  

设定压缩与拉伸损伤曲线  

输入破坏前后的应力-应变关系  

通过裂缝张开控制裂纹展开  

CDP模型尤其适用于框架结构、隧道衬砌、岩土支护等土建工程分析。  

4.耦合非线性材料与动态载荷  

在爆炸、冲击、地震等动态载荷条件下,非线性材料表现尤为显著。Abaqus允许用户将材料损伤模型与Explicit动力学分析相结合,真实模拟极端载荷下的损伤破坏过程。  

合理运用损伤模型,不仅提升了仿真的物理精度,也让结构优化设计更加可靠科学。  

Abaqus如何定义非线性材料怎样用Abaqus设置材料属性的全过程,体现了材料建模的系统性与Abaqus平台的高度灵活性。通过全面掌握弹塑性、超弹性、蠕变、粘弹性及损伤模型的设置方式,用户可根据工程实际选择最合适的材料描述方式,并将仿真结果用于结构设计、失效预测或安全评估。Abaqus提供的不仅仅是材料建模工具,更是一整套与实际工程深度融合的虚拟仿真能力。  

展开阅读全文

标签:

读者也访问过这里:
Abaqus
高效仿真,提升设计精度与可靠性
立即购买
最新文章
Abaqus UMAT编译失败如何解决 Abaqus UMAT接口参数怎么填写
在Abaqus里接UMAT时,很多人卡在两处:一处是作业提交后提示无法编译或链接,另一处是UMAT能跑起来但参数传递不对,表现为应力不更新、状态变量乱跳或收敛反复。要把问题一次处理清楚,建议先把编译链路跑通并能复现验证结果,再回到UMAT接口把必须更新的数组、材料常数与状态变量口径对齐,最后用作业日志把每一步的输入与输出固定下来。
2026-01-22
Abaqus许可证无法获取怎么办 Abaqus许可证服务器怎么配置
日常装完Abaqus却提示拿不到许可证,常见不是软件坏了,而是客户端指向错了许可服务,或服务器端服务没起来,或端口被防火墙拦住。更麻烦的是近些年Abaqus既可能走FLEXnet许可,也可能走DSLS许可,两套机制混用时就容易出现同一台机器上看起来都配过但依旧获取失败的情况。下面按先把获取失败定位清楚,再把许可服务器按规范搭起来,最后把许可模式与客户端配置口径统一的顺序展开。
2026-01-22
Abaqus作业一提交就中断怎么办 Abaqus怎么解读作业日志提示
Abaqus作业一提交就中断怎么办,Abaqus怎么解读作业日志提示这类问题,现场表现通常是刚点提交就立刻变成Aborted,界面只留下一句让你去看日志,但工作目录里文件又不全,导致很多人只能反复重提作业。更高效的做法,是先用一套固定的定位顺序把中断发生在生成输入、启动求解、写结果这三个阶段中的哪一个锁定,再按日志文件的层级把报错收敛到可执行的改动点。
2026-01-22
Abaqus接触收敛为什么会一直卡在那儿 Abaqus接触属性怎么调整更稳定
Abaqus接触收敛为什么会一直卡在那儿,Abaqus接触属性怎么调整更稳定,最常见的真实原因是接触约束在某个增量里反复开合或发生突跳,求解器不得不把时间步越切越小,最后看起来像是停在同一行不动。处理这类问题不要先盲目加稳定项或改网格,而是先把卡住的接触对定位出来,再从法向与切向的接触属性、初始过闭合、载荷施加节奏三个方向把系统变得更可控。
2026-01-22
Abaqus网格划分总是失败怎么办 Abaqus遇到网格质量警告怎么处理
Abaqus网格划分总是失败怎么办,Abaqus遇到网格质量警告怎么处理,很多时候不是软件能力不够,而是几何细节、分区方式、网格方法和种子尺度之间互相打架。你反复点生成网格只会把问题“重放”一遍。更有效的做法是先把失败锁定在具体区域,再用可控的局部改动让网格先能生成,随后再围绕质量指标把风险压到求解前能接受的范围内。
2026-01-22
Abaqus优化模块实用吗 Abaqus参数优化如何设置设计变量
在复杂结构仿真中,如何实现性能最优、重量最轻或成本最低,已成为工程优化不可回避的关键命题。Abaqus作为一款功能强大的有限元分析平台,其内置的优化模块以及参数优化功能为结构设计带来了前所未有的便捷和灵活性。“Abaqus优化模块实用吗,Abaqus参数优化如何设置设计变量”是当前众多工程师和科研人员高度关注的问题。本文将围绕模块实用性评估、参数设置方式与工程实践建议三个维度,提供详实的技术解析与操作指导。
2025-12-31

读者也喜欢这些内容:

咨询热线 18015636924