功能梯度軟管起皺的有限元模擬.pdf

1、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，從而實現(xiàn)對各個組分材料優(yōu)點的綜合利用，彌補了傳統(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、實驗及理論計算等方式對其力學(xué)性能進行研究，但在國內(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

2、料建立功能梯度軟管二維平面模型，對其起皺行為進行有限元模擬。
　　本文利用ABAQUS所提供的二次開發(fā)接口，對軟件的材料庫進行了擴充，以Neo-Hookean材料作為功能梯度材料的組分材料，在UMAT中實現(xiàn)對其本構(gòu)模型的定義。然后基于該UMT子程序在ABAQUS中對功能梯度軟管的起皺進行有限元模擬，并且通過改變材料和模型參數(shù)探究其對軟管內(nèi)壁自由表面起皺的影響。因此，本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)回顧超彈性材料本構(gòu)理論，

3、總結(jié)常用的超彈性材料本構(gòu)模型，對常用超彈性材料的應(yīng)變能密度函數(shù)、應(yīng)力計算理論等進行簡要介紹;
　　(2)總結(jié)超彈性材料在ABAQUS軟件中的實現(xiàn)方式，對比各種方式的優(yōu)勢與不足。選擇Neo-Hookean模型作為本課題的研究對象，基于Neo-Hookean模型本構(gòu)關(guān)系對其UMAT子程序進行開發(fā)，并驗證所開發(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)理論對超彈性功能梯度材料UMAT子程序進行開發(fā)，完善ABAQUS軟件的材料庫;

4、r>　　(3)基于功能梯度材料UMAT子程序進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，同時定性分析材料參數(shù)及模型參數(shù)的改變對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，并且驗證了其正確性，在此基礎(chǔ)上進行超彈性功能梯度材料UMAT子程序的開發(fā)，擴充了ABA

5、QUS軟件材料庫?；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對功能梯度軟管內(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顯著影響其內(nèi)壁的起皺情況，導(dǎo)致內(nèi)