形状记忆合金本构的VUMAT二次开发.pdfVIP

形状记忆合金本构的VUMAT 二次开发 1 2 3 董金芝 ，毛晨曦 曹鹏 （1.东北林业大学 土木工程学院，哈尔滨150040；2. 中国地震局工程力学研究所，哈尔滨 150060 ；3.哈尔滨工业大学 交通科学与工程学院,哈尔滨 150090） 【摘 要】本文利用ABAQUS 的用户材料子程序VUMAT 编制了的形状记忆合金(Shape memory alloys ，SMA)超弹性本构模型，并将其本构模型嵌入到ABAQUS 材料库中。同时 计算分析了某含有SMA 材料构件的 12 层剪力墙结构在地震荷载作用下的响应，验证了该 子程序的正确性及准确性。 【关键词】形状记忆合金；超弹性本构模型；ABAQUS ；VUMAT 0 引言 加入 ABAQUS 材料库，模型简单，适用性 形状记忆合金(Shape Memory Alloy，简 广泛，使SMA 的应用与ABAQUS 强大的显 称SMA)是一种近年来得到广泛研究和应用 式分析能力结合，从而可以实现各种含有 的特殊金属材料，具有其他金属材料所不具 SMA 材料的结构的有限元仿真分析。 备的形状记忆效应、大应变超弹性、高阻尼 1 双旗型SMA 超弹性本构模型 等独特性能。SMA 的形状记忆效应和超弹 1.1 SMA 超弹性特性 性效应都与热弹性马氏体相变有关，描述 A 当外界温度在奥氏体结束温度 以上 SMA 上述两个特性的本构模型涉及力学、 f 热力学和相变学等多个方面，从而使本构模 时，SMA 处于完全奥氏体相，此时施加荷 [1] 型的建立极为复杂和困难 。基于 Liang 和 载使其产生较大的变形，当外力解除时变形 Rogers 简化模型得到的双旗型-SMA 本构模 就会恢复到变形前的形状，这种现象称为相 [2] 型，不仅形式简单，应用也很广泛 。SMA 变伪弹性或超弹性，也叫做机械形状记忆效 [1] 的广泛应用使之有必要和需求将其添加到 应 。 得到主流的有限元商业软件中，同时其简化 1.2 Liang Rogers 模型简介及其简化 的本构模型也使其添加成为可能。ABAQUS Liang Rogers[4] 的本构模型： 为应用最为广泛的有限元分析软件之一，具  D      T T (1- 1) 0  0   0   0  有强大的线性和非线性问题求解能力，包括 ABAQUS/Standard 、ABAQUS/Explic it 和   T 式中 为应力； 为应变； 表示温度； ABAQUS/CFD 三大分析模块，以及丰富的 单元库和材料模型库，同时还提供了大量的 D   是SMA 的杨氏模量； 是相变张量； 用户自定义子程序（user subroutine ），允许