用ABAQUS对光滑试件的蠕变与应力松弛进行的数值模拟

【基础・应用】
用ABAQU S 对光滑试件的蠕变与应力
松弛进行的数值模拟①
赵　雁　姬海君　安晓宁　李印生
(武警工程学院军械运输系,陕西西安710086)
【摘　要】　本文介绍了一种国际上通用的有限元程序系统ABAQUS ,用ABAQUS 分别对材料的蠕变和应力松弛进行数值模拟,并与实验结果进行了比较。

【关键词】　蠕变;应力松弛;松弛极限
ABAQUS 是国际上先进的通用有限元程序系统之一,具有广泛的模拟性能。

它拥有大量不同种类的单图1元模型、材料类型、分析过程等,可以分析复杂的固体力学和结构力学系
统。

无论是简单的线弹性问题,还是复杂的非线性组合问题,应用该软件分析都可以得到令人满意的结果。

一个完整的ABAQUS 分析过程,通常有三个明确的步骤:前处理、
模拟计算和后处理。

它们的联系及生成的相关文件如图1所示:
前处理(ABAQUS/pre ):此步骤中必须确定物理问题的模型和生成
一个ABAQUS 输入文件。

模拟计算(ABAQUS/standard ):此步骤是应用ABAQUS/standard
求解输入文件所确定的数值问题。

模拟计算通常在内存中进行。

一个
应力分析的算例包括位移和应力,并存储在二进制文件中,便于进行后
处理。

后处理(ABAQUS/post ):后处理一般由ABAQUS/post 或其他后处
理程序来实现。

ABAQUS/post 读入二进制输出文件,可以用各种各样
的方法显示结果,其中包括彩色等值线图、动画、变形形状绘图及x -
y 平面绘图。

蠕变是金属材料在一定应力的长时期作用下,即使应力低于弹性极限,也会发生塑性变形的现象。

在用ABAQUS 模拟蠕变行为时,首先要选取合适的模型。

当应力保持不变时,
选取power -law 模型中的time 2hardening 型最合适,因此,在ABAQUS 中定义蠕变时就选取time 2hardening 项,如图2所示。

time 2hardening 型是power 2law 模型中较为简单的一种,用公式表达为,ε∴cr
=A q n t m 图2其中ε∴cr 是单轴蠕变应变率23
εcr ∶ εcr ,q 是单轴等效应力,t 是总时间,A 、n 、m 是温度
的函数,由用户给出。

与之对应,在ABAQUS 中,
A 、n 、m 分别与power -law Multiplier ,Eq Stress
Order ,Time Order 对应。

做蠕变的应变—时间曲线如图3所示:
4
12001年12月 武警工程学院学报 Dec.2001
第17卷第6期 JOURNAL OF EN GG COLL EGE OF ARMED POL ICE FORCE Vol.17No.6
①收稿日期:2001—06—10第一作者:赵雁(1970—
),女,汉族,1993年7月毕业于西北工业大学,现为武警工程学院军械运输系专业基础教研室讲师。

ABAQUS/standard
绘制的应力彩色等值线图如图4所示:
图4
应力松弛是零件或材料在总应变保持不变的情况下,其中的应力随时间自行降低的现象。

对光滑式样应力松弛的模拟,在一端加上4个位移,保持10000个时间单位后,看应力减小的程度。

应力松弛曲线是在给定温度和总应变条件下,测定的应力随时间变化曲线,加于试件上的初应力为σ0,在开始阶段应力下降很快,称为应力松弛第一阶段,以后应力下降逐渐减缓,称为应力松弛第二阶段。

最后曲线趋向于与时间轴平行,此时的应力称为松弛极限。

应力松弛模拟的总时间与应力关系数据如图5:
图5
参考文献
[1]　刘鸿文.材料力学.高等教育出版社
[2]　王成,邵敏.有限单元法基本原理和数值方法.清华大学出版
51赵　雁、姬海君、安晓宁、李印生:用ABAQUS 对光滑试件的蠕变与应力松弛进行的数值模拟。