功能梯度材料屬于復(fù)合材料的范疇,它將多種材料按照一定的規(guī)律結(jié)合,使其結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能按照一定的規(guī)律變化,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)組分材料優(yōu)點(diǎn)的綜合利用,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)單質(zhì)材料的缺陷。在已有關(guān)于功能梯度材料力學(xué)性能的研究中,大都是將線彈性材料作為其組分材料,通過有限元軟件、實(shí)驗(yàn)及理論計(jì)算等方式對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行研究,但在國(guó)內(nèi)外研究中,少有研究將超彈性材料作為功能梯度材料的組分材料。對(duì)此,在本課題的研究中,將超彈性材料作為功能梯度材料的組分材料,并且基于該材料建立功能梯度軟管二維平面模型,對(duì)其起皺行為進(jìn)行有限元模擬。本文利用ABAQUS所提供的二次開發(fā)接口,對(duì)軟件的材料庫(kù)進(jìn)行了擴(kuò)充,以Neo-Hookean材料作為功能梯度材料的組分材料,在UMAT中實(shí)現(xiàn)對(duì)其本構(gòu)模型的定義。然后基于該UMT子程序在ABAQUS中對(duì)功能梯度軟管的起皺進(jìn)行有限元模擬,并且通過改變材料和模型參數(shù)探究其對(duì)軟管內(nèi)壁自由表面起皺的影響。因此,本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)回顧超彈性材料本構(gòu)理論,總結(jié)常用的超彈性材料本構(gòu)模型,對(duì)常用超彈性材料的應(yīng)變能密度函數(shù)、應(yīng)力計(jì)算理論等進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹;(2)總結(jié)超彈性材料在ABAQUS軟件中的實(shí)現(xiàn)方式,對(duì)比各種方式的優(yōu)勢(shì)與不足。選擇Neo-Hookean模型作為本課題的研究對(duì)象,基于Neo-Hookean模型本構(gòu)關(guān)系對(duì)其UMAT子程序進(jìn)行開發(fā),并驗(yàn)證所開發(fā)子程序的正確性。再結(jié)合功能梯度材料等效物性參數(shù)理論對(duì)超彈性功能梯度材料UMAT子程序進(jìn)行開發(fā),完善ABAQUS軟件的材料庫(kù);(3)基于功能梯度材料UMAT子程序進(jìn)行功能梯度軟管起皺的有限元模擬,通過改變材料參數(shù)及模型參數(shù)探究其對(duì)功能梯度軟管內(nèi)壁起皺的影響,探究引起功能梯度軟管內(nèi)壁自由表面起皺的臨界應(yīng)變,同時(shí)定性分析材料參數(shù)及模型參數(shù)的改變對(duì)FGM軟管內(nèi)壁起皺形貌演化所造成的影響。本課題基于超彈材料本構(gòu)理論開發(fā)了Neo-Hookean材料的UMAT子程序,并且驗(yàn)證了其正確性,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行超彈性功能梯度材料UMAT子程序的開發(fā),擴(kuò)充了ABAQUS軟件材料庫(kù)�；陂_發(fā)的超彈性功能梯度材料UMAT子程序模擬出了給定條件下功能梯度軟管內(nèi)壁的起皺,通過擬合初步得到功能梯度軟管內(nèi)壁自由表面起皺的徑向臨界應(yīng)變值和環(huán)向臨界應(yīng)變值,同時(shí)發(fā)現(xiàn)功能梯度軟管組分材料彈性模量比值的變化不會(huì)對(duì)功能梯度軟管內(nèi)壁起皺的徑向臨界應(yīng)變值和環(huán)向臨界應(yīng)變值造成影響,而組分材料的泊松比變化會(huì)改變起皺的徑向臨界應(yīng)變值和環(huán)向臨界應(yīng)變值。功能梯度軟管半徑、厚度、位移邊界條件的改變同樣會(huì)顯著影響其內(nèi)壁的起皺情況,導(dǎo)致內(nèi)壁不起皺或有限元計(jì)算結(jié)果不收斂。
【學(xué)位單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB34
【部分圖文】：

1 與子程序 2 一致性驗(yàn)證介紹了兩種編寫材料子程序的方法，并且應(yīng)用這發(fā)，為了驗(yàn)證兩個(gè)子程序是否都有效以及是否能利用簡(jiǎn)單的模型對(duì)兩個(gè)子程序的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)。的驗(yàn)證模型為厚壁管模型，由于該厚壁管軸向尺為二維模型，且考慮到圓管的對(duì)稱性，故為了加快型。該模型及材料的參數(shù)如表 3.7 所示。表 3.7 測(cè)試模型及材料參數(shù)m） 外徑 R（mm） 彈性模量（MPa） 35 5 108數(shù)，建立如圖 3-1 所示的部件。首先，采用 UMAerty】模塊之中對(duì)于材料進(jìn)行定義，確定傳入子程后在【Assembly】模塊中完成對(duì)部件的組裝。

圖 3-2 材料彈性參數(shù)步進(jìn)行定義時(shí)，分析步的類型確定為“Static,General”型所使用的是超彈性材料，所以在對(duì)于分析步進(jìn)行定線性的影響，因此需要在分析步編輯窗口中將【Nlgeo如圖 3-3 所示。

圖3-3分析步設(shè)置
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