Abaqus塑性应变量值定义与率相关设置及分量含义

引言

塑性应变模拟是分析材料在受力后变形行为的重要手段。ABAQUS在模拟塑性变形方面具有显著优势。这里深入探讨ABAQUS塑性应变模拟的各个环节，从基础设置到进阶技巧，帮助读者更好地掌握这一技术。

材料塑性属性设置

如何给材料加上塑性属性

在ABAQUS中，为材料添加塑性属性需要在Property模块中创建材料，并定义弹性参数（如杨氏模量、泊松比）后，选择Plastic选项来描述塑性行为。

关键步骤：

• 在Property模块中选择Material。
• 输入材料名称和弹性参数。
• 点击Plastic选项卡，进入塑性参数设置界面。

界面细节：

• 在Plastic表格中，第一行必须输入真实屈服应力并设置塑性应变为0。
• 后续数据行需按递增顺序排列屈服应力和对应的塑性应变数据。

实验数据转换

将实验室测得的工程应力和工程应变转换为ABAQUS可识别的格式，需要使用以下转换公式：

• 真实应变 = ln(1 + 工程应变)
• 真实应力 = 工程应力 × (1 + 工程应变)
• 塑性应变 = 真实应变 - 真实应力 / 弹性模量

注意事项：

• 确保单位一致性，如模型用mm单位制，应力单位应为MPa而非Pa。

硬化模型选择

如何选硬化模型才不踩坑

ABAQUS提供多种硬化模型，选择合适的硬化模型对于模拟结果至关重要。

关键选择：

• 准静态结构分析：首选各向同性硬化。
• 屈服面均匀膨胀适合单调加载。
• 疲劳寿命预测或循环加载：使用线性随动硬化或非线性混合硬化。
• 高速冲击或爆炸场景：选用Johnson-Cook模型。

注意事项：

• 输入的塑性数据若有负斜率可能导致计算不收敛。
• 单元类型选C3D8R或C3D8I避免体积自锁。

常见问题FAQ

ABAQUS塑性应变的值怎么填

ABAQUS中的塑性应变（PE、PEEQ等）是无量纲的，无单位。

物理本质：

• 应变定义为长度变化量与原长之比（ΔL/L），量纲为1，故在任何单位制下均无单位。

软件特性：

• Abaqus本身不强制单位制，只要输入参数（长度、力、质量等）保持系统一致，输出的应变数值即为纯数值。

常见变量：

• PE（塑性应变分量）、PEEQ（等效塑性应变）、PEMAG（塑性应变幅值）均为无量纲数值。

ABAQUS塑性应变沿着一定顺序

ABAQUS中塑性应变（PE）分量存储顺序严格遵循Voigt标记法。

三维实体单元：

• [PE11, PE22, PE33, PE12, PE13, PE23]（共6项）

壳/平面单元：

• 视自由度而定，为 [PE11, PE22, PE12]（面内）或包含横向剪切 [PE11, PE22, PE12, PE13, PE23]

UMAT/VUMAT输入输出：

• 数组索引对应关系为 1→11, 2→22, 3→33, 4→12, 5→13, 6→

进阶技巧

ABAQUS如何进行塑性应变率控制

ABAQUS无法直接“指定”塑性应变率作为边界条件，而是控制加载速度/时间间接决定应变率。

核心实现逻辑：

• 加载控制：设定分析步总时间T和位移幅值U，由v=U/T间接控制加载速率。
• 材料响应：默认金属塑性模型忽略应变率效应；必须定义Rate Dependent属性或选用Johnson-Cook等动态本构。
• 求解器选择：准静态低应变率用Static, General；高应变率冲击/动态用Explicit。

ABAQUS里的塑性应变要减0.2%吗

ABAQUS输入塑性数据时不需要直接减去0.2%，而是需从总真应变中减去对应应力下的弹性应变。

核心逻辑与操作：

• 0.2%的作用：用于确定初始屈服应力，此点对应的塑性应变必须定义为0。
• 塑性应变计算公式：输入 ABAQUS *PLASTIC 的塑性应变 εpl = εtrue - σtrue / E
• 数据起点要求：塑性表格第一行必须是（屈服应力，0）；后续数据点均按上述公式扣除弹性分量后填入。