adina中如何使用粘弹性材料Viscoelastic material

adina中如何使用粘弹性材料Viscoelastic material？

1、笔者最近在进行桩基长期沉降计算研究，需要考虑土体固结与流变特性对沉降的影响。在研究adina中关于土体流变的本构模型时，发现adina自带材料库中似乎没有具有土体破坏准则的粘弹塑性本构模型，但通过用户二次开发却可以实现该本构模型。

ADINA Structures Theory and Modeling Guide

P366 Creep-variable, plastic-creep-variable, multilinear-plastic-creep-variable material models

The user-supplied subroutines are:

UCOEF2 for 2-D solid elements (file ovl30u.f)

UCOEF3 for 3-D solid elements (file ovl40u.f)

UCOEFB for iso-beam elements (file ovl60u.f)

UCOEFS for shell elements (file ovl100u.f)

UCOEFP for pipe elements (file ovl110u.f)

2、adina自带材料库中有粘弹性本构模型，经过笔者的仔细研究，初步确定了有关参数的含义及确定原则，现介绍如下：

（1）基本原理：用粘弹性有限元法计算因土体流变引起的沉降，在adina中需要确定土体剪切模量和体积模量随时间的变化关系曲线。在adina中有两种方式确定上述关系曲线。

第一种方式：当用户手头有实验实测的土体剪切模量和体积模量随时间的变化关系曲线数据时，可在adina粘弹性本构材料库中直接输入该数据。

另一种方式：当直接无法获得上述关系曲线，却已知剪切模量和体积模量的Prong级数表达式中的常数时，可采用常数输入方式。Prony方法是用一组指数项的线性组合来拟和等间距采样数据的方法。

剪切模量、体积模量的Prong级数表达式分别为：

其中，和分别为长期剪切模量和体积模量。和分别为剪切模量和体积模量的时间相关术语个数(另称为广义Ma x w e l l 模型中的粘壶一弹簧元件数目)。

在式中，、、（i=1,2,…,）均为未知数，需通过最小二乘法进行拟合求得。

关于最小二乘法拟合的基本原理及步骤详见刘军虎， 王铮的论文“由应力松弛试验数据确定松弛模量和蠕变柔量”（1995）。

（2） adina 中粘弹性材料本构模型对话框需要输入数据的含义:

图1

输入数据含义说明：

A:Time-temperature superposition shift law 为与时间-温度相关的转换函数确定法则。该确定法则不一定需要输入，如果剪切模量和体积模量与温度不相关，转换函数法则可不输入，采用默认设置即可。

B:该项为热膨胀系数（常数）。当粘弹性本构模型与温度无关时，热膨胀系数（常数）A 可为0。

C: 该项为热膨胀系数（与温度相关）。当粘弹性本构模型与温度无关时，热膨胀系数（与温度相关）列表中数据可不输入。

D:该项为模量松弛函数。当点击”shear modulus ”右边的按钮时，进入“模量松弛函数定义”话框， 模量松弛函数的定义，有两者方式：第一种可输入模量的Prong 级数表达式中的常数，对话框如下图2所示：

图中输入数据含义说明：

A:该项为长期剪切模量值，为常数，可通过最小二乘法进行拟合求得或通过实测获得。

B: 该项为“模量松弛函数定义”中的某一种定义方法“Prong 级数表达法”。

C:modulus value 为本构模型中的某一个粘壶一弹簧元件的剪切模量

，decay coefficient 为相应剪切模量的松弛系数。

B

C

图2

模量松弛函数定义的第二种方式是直接输入实验实测的土体剪切模量和体积模量随时间的变化关系曲线数据，对话框 如下图3所示：

图3

C

C

D

图中输入数据含义说明：

A:该项为长期剪切模量值，为常数，可通过最小二乘法进行拟合求得或通过实测获得。

B: 该项为“模量松弛函数定义”中的某一种定义方法“实测数据输入法”。

C: time为实测时间，modulus value 为与实测时间t所对应的材料剪切模量。

D: 当用户输入实测试验数据时，为了有限元计算的方便，用户可选择是否让adina将实测曲线转换为Prong级数表达式。若选择转换，则勾选“Use least-square fitting”(最小二乘拟合法)。W1、W2为权重系数。

3、在网上搜索到的其他相关资料，如ANSYS ABAQUAS等，也具有一定的参考意义。

ANSYS：/p-396533385.html

/viewthread.php?tid=1935165&page=1

ABAQUAS：2010年浙江大学博士论文软土浅埋隧道变形、渗流及固结性状研究