Abaqus材料本构怎么定义 Abaqus材料参数不收敛怎么检查

Abaqus中材料本构的定义方法，以及材料参数引起不收敛时又该怎样去检查，这两个问题的处理，不能只是去看材料卡片有没有被填满。材料的本构关系，它决定了应力、应变、屈服、硬化、损伤、黏弹，或者超弹这些行为，如果模型本身就被选错了，那么到了后面，就算把网格、接触，还有载荷的设置，再怎么去调整，也很难去得到一个稳定的计算结果。当材料参数导致不收敛的时候，也不要一上来就反复地去减小分析步的步长，而是应该先去判断一下，这个问题，它到底是出在了材料的曲线上、单位的体系上、单元的变形上，还是被边界条件，共同作用所造成的。

一、Abaqus材料本构怎么定义

在定义材料的本构关系以前，需要先对材料的行为，属于哪一个类别，做出一个判断。金属、橡胶、泡沫、复合材料，还有黏弹性的材料，它们在Abaqus里面，被输入的方式，是完全不同的，不能只是简单地把试验得到的表格，复制进去，就认为这一步已经完成了。

1、先把材料的类型判断清楚

对于普通金属的小变形问题，可以先去考虑使用线弹性，或者是弹塑性的模型；对于橡胶、大变形的密封件，还有软组织的材料，通常就需要去考虑使用超弹的模型；如果材料本身，表现出了很明显的时间效应，那就要去考虑采用黏弹性、蠕变，或者是速率相关的模型。一旦模型被选错了，那么就算参数设置得再细致，也不一定就能够反映出真实的力学响应。

2、把基础的材料参数录入进去

在Property模块当中，去创建材料，并且根据已经确定下来的本构类型，去填入弹性模量、泊松比、密度、屈服应力、塑性应变，或者是损伤参数这些信息。到了这一步，需要特别留意的地方，是单位是否统一。Abaqus这个工具，它本身并不会强制要求使用哪一套单位制，如果几何模型使用的是毫米，力使用的是牛顿，那么弹性模量的数值，就需要和这套单位，保持协调一致。有不少材料不收敛的问题，从表面上看，好像是遇到了非线性的困难，可实际上，却是因为单位的量级，差出了好几个数量级。

3、把试验得到的曲线处理好

如果使用的是弹塑性的材料，那就不能直接把工程应力和应变的表格，当成是塑性的数据，给输入进去。通常的做法，是需要先把工程的应力应变，换算成为真实的应力应变，然后再把弹性的应变，给它扣除掉，最终得到真实的塑性应变。对于这条曲线，还需要去检查一下，它是不是保持单调的，里面有没有存在着重复的数据点、突然跳变的点，或者是比较明显的噪声。

二、Abaqus材料参数不收敛怎么检查

当材料参数引起不收敛的时候，软件所给出的报错信息，往往并不会直接写明“是材料出错了”。它有可能会表现为，增量步变得过小、残差过大、单元发生了畸变、塑性应变突然增加，或者接触反复地打开和关闭，所以在进行排查的时候，需要分层去查看。

1、先查看一下，不收敛是发生在哪一个阶段的

如果模型在刚开始求解的时候，就立刻出现了不收敛，那就要优先去检查单位、弹性模量、泊松比、边界条件，还有初始的接触；如果模型是在加载到某一个阶段以后，才突然开始不收敛的，那么它就更加有可能会和屈服、损伤、软化、大变形，或者接触状态的改变，联系在一起。这两种不同的阶段，它们所对应的排查方向，也是不一样的。

2、检查一下材料曲线的形状

塑性强化的曲线，最好是能够保持平滑，并且是单调的。如果曲线当中，出现了下降的段落、应变的点发生了重复，或者应力突然发生了跳变，那么在求解的时候，就很容易会出现切线刚度的异常。对于超弹性的材料，也需要去查看一下，拟合的范围，是不是能够覆盖住实际变形的范围，不要使用很小应变状态下的参数，去模拟大变形的工作状况。

3、去进行一下单元素的验证

可以先使用单个的单元，去分别进行拉伸、压缩，或者剪切的测试，检查一下材料卡片本身，到底能不能够正常地跑通。单元素的测试，是非常有用的，因为它可以把接触、复杂的边界条件，还有网格质量这些因素，所造成的影响，先给排除在外。如果连单个单元的计算，都表现得不稳定，那就说明材料参数本身，就需要回过头去进行检查了；可要是单个单元的计算，表现是正常的，那么问题，就有可能是出在了完整模型的接触、约束、载荷，或者网格上面了。

三、材料本构结果怎么验证和整理

材料卡片能够顺利地跑完，并不代表最终得到的结果，就一定是正确的。Abaqus的仿真结果，到了最后，还是要回到试验的数据、工程的经验，还有计算结果的分布里面，去进行检查，不能只是把收敛，当作是唯一要去追求的目标。

1、和试验得到的结果，进行一下对比

可以把仿真得到的应力应变曲线，和试验得到的曲线，放在一起去进行对照，重点比较一下弹性阶段的斜率、屈服的起始点、强化的趋势、峰值，还有失效之前的响应。如果这两者之间的差异，是非常大的，那么先不要急着去调整网格，而是应当先去确认一下，材料的模型，还有参数的换算，是不是都正确的。

2、检查一下局部的异常情况

如果局部的单元上面，出现了非常大的应变、很严重的畸变，或者损伤在突然之间就扩展了，那就要去判断一下，这到底是因为材料软化，所引起的局部化现象，还是由于网格过粗、约束太强、接触发生了穿透，这些原因所造成的数值计算上的问题。对于材料软化的模型，尤其需要小心地去处理，在必要的时候，还要结合上网格的敏感性分析，一起去做出判断。

3、把参数所对应的依据保留下来

在材料参数的记录当中，要把试验数据的来源、所用的单位体系、换算的方法、曲线的版本、适用的温度，还有适用的工况，这几样东西，都清清楚楚地写下来。这样的一份记录，能够避免到了后面，被人反反复复地追问，这些参数，到底是从哪里来的。特别是在好几个模型，共同使用同一张材料卡片的时候，参数的来源，还有适用的范围，是必须要去交代清楚的，不然的话，在一个工况里面调试出来的材料参数，就很有可能会被错误地，用到另一个工况里面去。

总结

Abaqus材料本构的定义，以及材料参数不收敛时的检查，可以按照“先选定本构模型，再去统一单位，接着去处理试验得到的曲线，然后去做单元素的验证，最后再把它放入完整的模型”这样一条思路，来进行操作。当材料出现不收敛的时候，不能只依靠减小增量步这一个办法，还需要去检查曲线的单调性、参数量级的大小、损伤演化的规律、网格畸变的情况，还有接触的状态。把材料的参数、试验的根据，还有验证的结果，这三者连接到一起，Abaqus所建立的模型，才会变得更加可靠。