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A comparative study of 85 hyperelastic constitutive models for both unfilled rubber and highly filled rubber nanocomposite material 被引量:7
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作者 Hong He Qiang Zhang +3 位作者 Yaru Zhang Jianfeng Chen Liqun Zhang Fanzhu Li 《Nano Materials Science》 EI CAS CSCD 2022年第2期64-82,共19页
Nonlinear finite element analysis is widely used for structural optimization of the design and the reliability analysis of complex elastomeric components.However,high-precision numerical results cannot be achieved wit... Nonlinear finite element analysis is widely used for structural optimization of the design and the reliability analysis of complex elastomeric components.However,high-precision numerical results cannot be achieved without reliable strain energy functions(SEFs)of the rubber or rubber nanocomposite material.Although hyperelastic constitutive models have been studied for nearly 80 years,selecting one that accurately describes rubber's mechanical response is still a challenge.This work reviews 85 isotropic SEFs based on both the phenomenological theory and the micromechanical network theory proposed from the 1940s to 2019.A fitting algorithm which can realize the automatic fitting optimization and determination of the parameters of all SEFs reviewed is developed.The ability of each SEF to reproduce the experimental data of both the unfilled and highly filled rubber nanocomposite is quantitatively assessed based on a new proposed evaluation index.The top 30 SEFs for the unfilled rubber and the top 14 SEFs for the highly filled rubber nanocomposite are presented in the ranking lists.Finally,some suggestions on how to select an appropriate hyperelastic constitutive model are given,and the perspective on the future progress of constitutive models is summarized. 展开更多
关键词 Rubber-like materials Hyperelastic constitutive model Strain energy function Phenomenological model Micromechanical network model UHYPER subroutine
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含损伤粘弹性本构及其在有限元分析中的实现 被引量:9
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作者 邓斌 申志彬 +1 位作者 谢燕 唐国金 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期699-705,共7页
为研究固体发动机药柱的损伤粘弹性行为,针对一种耦合损伤的三维非线性粘弹性本构模型,采用积分算法对其进行了数值离散,导出了本构方程的增量有限元形式。针对该增量型本构方程对应的非线性方程组,建立了采用Newton-Raphson迭代法求解... 为研究固体发动机药柱的损伤粘弹性行为,针对一种耦合损伤的三维非线性粘弹性本构模型,采用积分算法对其进行了数值离散,导出了本构方程的增量有限元形式。针对该增量型本构方程对应的非线性方程组,建立了采用Newton-Raphson迭代法求解的应力更新方法,并基于Abaqus软件和Fortran语言开发了相应材料本构子程序,最后应用算例对所设计数值方法及程序进行了验证与分析。结果表明,本文有限元解与对应解析解吻合良好,保持了很高的精度,所设计方法及程序有效,可应用于实际型号发动机药柱损伤结构分析。 展开更多
关键词 复合固体推进剂 损伤粘弹性 增量有限元法 材料子程序
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基于CDM的复合材料层合板三维非线性渐进损伤分析 被引量:11
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作者 王跃全 童明波 朱书华 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期709-714,共6页
建立了基于连续介质损伤力学(CDM)的中等尺度复合材料层合板三维渐进损伤分析模型。模型中损伤材料本构方程采用对应于不同损伤模式的内部状态变量进行描述,材料失效准则采用三维HASHIN准则。分析了含孔复合材料层合板压缩试件,计算强... 建立了基于连续介质损伤力学(CDM)的中等尺度复合材料层合板三维渐进损伤分析模型。模型中损伤材料本构方程采用对应于不同损伤模式的内部状态变量进行描述,材料失效准则采用三维HASHIN准则。分析了含孔复合材料层合板压缩试件,计算强度与试验数据的吻合表明该模型可用于预测含孔层合板的压缩强度,同时该模型可以预测层合板的失效模式以及损伤发生、扩展直至最终破坏的整个过程,并且该模型具有较好的计算收敛性。 展开更多
关键词 连续介质损伤力学 渐进损伤分析 极限强度 层合板 用户材料子程序
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下负荷面剑桥模型在ABAQUS中的开发实现 被引量:12
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作者 黄雨 周子舟 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期115-119,共5页
利用大型有限元软件ABAQUS所提供的UMAT用户材料子程序接口,针对下负荷面剑桥模型开发了子程序,对超固结土的三轴排水与不排水试验进行了数值模拟,将结果与解析解进行了比较;对同样条件下不同OCR超固结土的三轴排水与不排水试验进行了... 利用大型有限元软件ABAQUS所提供的UMAT用户材料子程序接口,针对下负荷面剑桥模型开发了子程序,对超固结土的三轴排水与不排水试验进行了数值模拟,将结果与解析解进行了比较;对同样条件下不同OCR超固结土的三轴排水与不排水试验进行了模拟。结果表明:所开发的子程序具有良好的稳定性和较高的计算精度,能够反映超固结土的应力应变特性(如应变软化),得到比较合理的数值分析结果。 展开更多
关键词 下负荷面剑桥模型 应变软化 用户材料子程序 三轴压缩试验
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用于ABAQUS梁单元的混凝土单轴本构模型 被引量:9
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作者 王强 常凯 +2 位作者 侯康康 路炯 刘琳 《建筑科学与工程学报》 CAS 北大核心 2018年第5期194-202,共9页
为准确模拟钢筋混凝土梁柱构件的滞回性能,对《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)附录C混凝土本构模型进行了补充修正。采用原点指向模型与拉区应力-应变曲线随受压残余应变点迁移法,补充完善了混凝土受拉加卸载、拉压受力状态转换... 为准确模拟钢筋混凝土梁柱构件的滞回性能,对《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)附录C混凝土本构模型进行了补充修正。采用原点指向模型与拉区应力-应变曲线随受压残余应变点迁移法,补充完善了混凝土受拉加卸载、拉压受力状态转换的滞回规则;采用基于体积配箍率建立的约束指标λt分析了钢筋混凝土梁柱构件中箍筋对混凝土的约束作用;对《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)混凝土本构模型中的附加应变算法进行了修正,使得受压混凝土卸载/再加载变形模量能够反映循环加载下混凝土的受压损伤不可恢复特性。利用ABAQUS用户子程序接口UMAT,VUMAT进行二次开发,编写了适用于显、隐式动力分析的梁单元混凝土本构模型子程序,并对往复荷载下钢筋混凝土柱受力性能进行了模拟分析。结果表明:模型的数值模拟结果与拟静力试验结果吻合良好;构建的混凝土本构模型能够用于混凝土梁柱构件在复杂受力状态下的非线性性能分析。 展开更多
关键词 混凝土本构模型 设计规范 梁柱构件 滞回性能 用户材料子程序
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橡胶类大变形材料有限元模拟及材料参数的确定 被引量:3
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作者 桑建兵 刘波 +1 位作者 王志亮 郭静 《煤矿机械》 北大核心 2009年第2期64-66,共3页
基于Marc平台通过编写U.ELASTOMER用户子程序将文献[2]中所提出的应变能函数导入有限元程序中,对橡胶楔体与刚性缺口的接触问题进行了有限元分析和模拟。结果表明,橡胶楔体与刚性缺口的接触问题,不包含收缩区和扩张区,楔体尖端压入缺口... 基于Marc平台通过编写U.ELASTOMER用户子程序将文献[2]中所提出的应变能函数导入有限元程序中,对橡胶楔体与刚性缺口的接触问题进行了有限元分析和模拟。结果表明,橡胶楔体与刚性缺口的接触问题,不包含收缩区和扩张区,楔体尖端压入缺口的部分均匀散开,变形区为一均匀区,有限元分析所得到的结果与理论解析解拟合得较好,进一步证明了理论解析解的正确性。 展开更多
关键词 橡胶类材料 接触 用户子程序 非线性有限元
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基于用户子程序的橡胶类材料接触分析 被引量:2
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作者 桑建兵 刘波 +1 位作者 王志亮 陈杰 《煤矿机械》 北大核心 2008年第5期84-86,共3页
基于大型非线性有限元软件MSC.Marc。并利用MSC.Marc提供的二次开发平台,通过编写用户子程序,对刚性楔体和橡胶缺口的接触问题进行了非线性有限元分析。结果表明橡胶缺口的尖端场分为扩张区和收缩区,变形前扩张区十分狭窄,变形后则变得... 基于大型非线性有限元软件MSC.Marc。并利用MSC.Marc提供的二次开发平台,通过编写用户子程序,对刚性楔体和橡胶缺口的接触问题进行了非线性有限元分析。结果表明橡胶缺口的尖端场分为扩张区和收缩区,变形前扩张区十分狭窄,变形后则变得十分宽阔,而收缩区,变形前十分宽阔,而变形后则变得非常狭窄。同时将有限元计算结果与理论解进行比较,结果吻合很好。 展开更多
关键词 橡胶类材料 非线性有限元 接触分析 用户子程序
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基于实验的钛合金优化动态本构模型与有限元模拟 被引量:2
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作者 李云飞 曾祥国 +1 位作者 盛鹰 穆怀 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第24期137-142,共6页
为确定钛合金材料的Johnson-Cook模型中5个待定本构参数,克服传统单因素分析法的弊端并提高参数识别效率和精度,采用拉丁超立方抽样、Spearman秩相关分析的参数敏感度整体分析方法,并在参数敏感度分析结果和基本遗传算法的基础上,建立... 为确定钛合金材料的Johnson-Cook模型中5个待定本构参数,克服传统单因素分析法的弊端并提高参数识别效率和精度,采用拉丁超立方抽样、Spearman秩相关分析的参数敏感度整体分析方法,并在参数敏感度分析结果和基本遗传算法的基础上,建立了一种基于改进小生境算法、可疑峰值点判断策略和局域精确搜索技术的改进遗传算法,基于实验数据建立了精细的钛合金Johnson-Cook本构模型。采用隐式应力积分法将该模型嵌入到ABAQUS用户材料子程序UMAT中,并通过隐函数求导方法推导出一致切线刚度矩阵。通过ABAQUS有限元软件对钛合金材料的动态响应进行数值模拟分析,计算结果与已有的实验数据吻合良好,UMAT子程序的准确性得到验证,可用于钛合金材料的动态响应预测分析中。 展开更多
关键词 钛合金 动态本构模型 数值模拟 用户材料子程序
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含能材料变泊松比粘弹性本构及其数值实现方法 被引量:3
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作者 邓斌 贺元吉 +2 位作者 赵宏伟 江增荣 余庆波 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期290-296,共7页
为研究含能材料变泊松比粘弹力学行为,基于热流变简单材料假设,建立了一种采用时间相关泊松比的三维热粘弹性本构方程;利用积分算法对该本构进行数值离散,给出了相应的应力更新方法;基于 Abaqus 软件 UMAT 接口技术编制了相应材料子程序... 为研究含能材料变泊松比粘弹力学行为,基于热流变简单材料假设,建立了一种采用时间相关泊松比的三维热粘弹性本构方程;利用积分算法对该本构进行数值离散,给出了相应的应力更新方法;基于 Abaqus 软件 UMAT 接口技术编制了相应材料子程序,完成了算例分析。结果表明,数值解与对应解析解吻合良好,并通过了合理性算例验证,分析方法及算法程序有效,可为后续三维装药精细结构完整性分析提供支持;粘弹材料泊松比具有时间相关性,其较小变化对计算结果影响显著,尤其是在短时加载或状态转变过程。 展开更多
关键词 含能材料 时间相关泊松比 有限元分析 材料子程序
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PBX炸药损伤本构模型及其工程运用 被引量:2
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作者 黄垂艺 时岩 +1 位作者 金朋刚 陈凯 《含能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期188-196,共9页
为了对高聚物黏结炸药(PBX)在动态冲击载荷下可能产生的损伤进行研究,采用分离式霍普金森杆(SHPB)试验装置获得了PBX炸药材料在不同应变率条件下出现力学损伤的本构曲线,并基于含损伤变量的Z‑W‑T本构模型对本构曲线进行了分段拟合。然... 为了对高聚物黏结炸药(PBX)在动态冲击载荷下可能产生的损伤进行研究,采用分离式霍普金森杆(SHPB)试验装置获得了PBX炸药材料在不同应变率条件下出现力学损伤的本构曲线,并基于含损伤变量的Z‑W‑T本构模型对本构曲线进行了分段拟合。然后基于拟合结果、有限元理论、弹塑性力学与ABAQUS/VUMAT语法编写了PBX炸药含损伤材料子程序,并对该子程序进行了有限元验证及有限元工程算例计算。结果表明:有限元验证得到的结果与试验结果吻合良好,相关度在0.95以上;破片侵彻算例计算得到的应力云图与损伤变量云图反映PBX炸药材料在冲击载荷下发生的变化及可能产生损伤的部位;并且损伤云图的演化过程反映了PBX炸药材料损伤演化与应变率效应的相关性。 展开更多
关键词 高聚物黏结炸药(PBX) 本构曲线 含损伤Z‑W‑T本构模型 材料子程序
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固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法 被引量:3
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作者 邓斌 徐明利 +1 位作者 方传波 张维星 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期2865-2871,共7页
为研究推进剂热老化过程中的发动机结构分析方法,建立了一种含老化效应的粘弹性本构模型,基于增量有限元法对该本构进行了数值离散,导出了本构方程的增量形式,并提出了应力更新方法;基于Abaqus软件二次开发技术,编写了相应材料子程序并... 为研究推进剂热老化过程中的发动机结构分析方法,建立了一种含老化效应的粘弹性本构模型,基于增量有限元法对该本构进行了数值离散,导出了本构方程的增量形式,并提出了应力更新方法;基于Abaqus软件二次开发技术,编写了相应材料子程序并开展了算例分析。结果表明,老化粘弹性本构可表征分析过程的材料老化影响;本文有限元解与对应解析解吻合良好,分析方法及算法程序有效,可用于三维条件下的固体发动机药柱老化粘弹性有限元分析。 展开更多
关键词 复合固体推进剂 热化学老化 材料子程序 老化结构分析
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切口节点疲劳试验及损伤演化仿真研究
12
作者 孙迪 甘进 吴卫国 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2018年第10期1249-1256,共8页
针对经常出现切口的船体结构节点连接处这一疲劳严重部位设计了一种切口试件。采用试验和数值计算方法研究切口节点在恒幅(CA)疲劳载荷下的疲劳特性。首先进行切口试件系列疲劳试验得到典型工况下的疲劳寿命值;然后引入基于损伤力学理... 针对经常出现切口的船体结构节点连接处这一疲劳严重部位设计了一种切口试件。采用试验和数值计算方法研究切口节点在恒幅(CA)疲劳载荷下的疲劳特性。首先进行切口试件系列疲劳试验得到典型工况下的疲劳寿命值;然后引入基于损伤力学理论建立疲劳损伤演化模型,推导模型的迭代公式,采用非线性拟合方法拟合试验数据,得到损伤演化模型的相关参数;最后采用用户子程序技术建立疲劳损伤与单元刚度耦合算法进行有限元分析并将仿真结果与试验得到的疲劳寿命进行对比。结果表明:采用损伤-刚度耦合的仿真方法的分析结果与试验结果符合较好。 展开更多
关键词 切口试件 损伤演化 疲劳仿真 疲劳试验 UMAT(用户材料子程序)
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针织混杂结构复合材料T字梁准静态弯曲性质和有限元模型模拟
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作者 李春燕 胡红 《东华大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2009年第4期410-414,共5页
在MTS810试验机上对3种不同筋高的针织混杂结构复合材料T字梁进行准静态弯曲测试,得到各自的弯曲载荷—位移曲线,进而研究材料的能量吸收和破坏模式.利用ABAQUS有限元模型(FEM)软件及用户自定义材料子程序(UMAT)模拟试验过程,通过计算... 在MTS810试验机上对3种不同筋高的针织混杂结构复合材料T字梁进行准静态弯曲测试,得到各自的弯曲载荷—位移曲线,进而研究材料的能量吸收和破坏模式.利用ABAQUS有限元模型(FEM)软件及用户自定义材料子程序(UMAT)模拟试验过程,通过计算得到载荷—位移曲线和破坏效果.将模拟结果与试验结果进行比较,可以看出两种分析结果比较吻合,表明用户子程序编写正确,并揭示筋高对复合材料T字梁的破坏及吸收能量影响显著. 展开更多
关键词 针织混杂结构 复合材料T字梁 筋高 用户子程序 有限元模型(FEM)
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考虑损伤累积的圆钢管本构模型力学行为特点与数值分析
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作者 贺盛 周奕彤 +2 位作者 夏鑫 杨红涛 于鹏 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期179-187,共9页
由于单层网壳结构主要以圆钢管为主,因此圆钢管本构模型更适用于研究单层网壳结构的力学行为。为探究材料损伤累积对单层网壳结构动力响应的影响,本文以圆钢管考虑损伤累积的本构模型为研究对象,通过与Prandtl–Reuss材料本构模型在屈... 由于单层网壳结构主要以圆钢管为主,因此圆钢管本构模型更适用于研究单层网壳结构的力学行为。为探究材料损伤累积对单层网壳结构动力响应的影响,本文以圆钢管考虑损伤累积的本构模型为研究对象,通过与Prandtl–Reuss材料本构模型在屈服准则、弹性刚度矩阵、弹塑性刚度矩阵、加载准则、流动法则及应力跌落等方面的对比,分析其力学行为特点,给出其数值积分格式,并基于有限元软件ANSYS开发了考虑损伤累积的用户材料子程序,采用该子程序研究单层网壳在强震作用下的动力响应。结果表明:Prandtl–Reuss材料模型高估了单层网壳结构的抗震性能,考虑材料损伤累积的结构失效时,结构动力极限荷载相比于P–R模型降低了12.24%,绝大多数杆件全截面屈服,形成大量塑性区带。一方面,损伤累积效应会降低结构的动力极限荷载,扩大损伤分布,加深损伤程度,加速结构破坏进程;另一方面,也将造成结构的失效模式由动力失稳向强度破坏转变。本文基于有限元软件ANSYS开发的考虑圆钢管损伤累积的材料子程序具有较高的计算精度,且其数值积分策略及用户材料子程序有效、可行,能够为单层网壳结构的抗震性能提供更加精确的分析与工程设计。 展开更多
关键词 圆钢管 损伤积累 力学行为特点 数值积分格式 应力跌落 用户材料子程序
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一种新的超弹性本构模型用户材料子程序开发
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作者 韦雅宁 魏志刚 左俊杰 《蚌埠学院学报》 2023年第5期58-63,共6页
橡胶超弹性本构模型不仅可对橡胶在工程中的应用提供理论指导,还可进一步将本构关系写入有限元中用于仿真模拟。为此提出了一个新的超弹性本构模型,该模型能够较好地拟合三类拉伸实验数据,并基于所提出的本构模型开发ABAQUS用户材料子程... 橡胶超弹性本构模型不仅可对橡胶在工程中的应用提供理论指导,还可进一步将本构关系写入有限元中用于仿真模拟。为此提出了一个新的超弹性本构模型,该模型能够较好地拟合三类拉伸实验数据,并基于所提出的本构模型开发ABAQUS用户材料子程序UMAT。将所开发的子程序用于三类拉伸实验有限元仿真,对比仿真结果和本构模型的理论值可以发现,两者间只存在细微误差,表明所开发的子程序能够契合本构模型的力学描述。 展开更多
关键词 超弹性本构模型 有限元法 用户材料子程序UMAT 弹性张量
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