近在做有关木材的抗拔性能的分析,遇到了一系列的问题,比如各向异性材料参数填写,材料方向分配,基于HILL屈服准则的材料参数等,经过一段时间的文献调研,资料查询,已经基本搞清楚,鉴于网上相关帖子比较少,所以特地写一篇帖子,以供参考!

1. 3D模型建立。利用相关软件(solidworks,creo或inventor),建立3D模型Part-1,Part-2,并导出step中性格式。

2. ABAQUS模型导入。打开ABAQUS,选择Part界面,依次点击File>import>part,选择STEP格式(如下图所示),点击OK,导入至ABAQUS中。并建立Part-3模型,为解析刚体。

abaqus材料强度(基于abaqus的各向异性材料的抗拔力学性能分析)(1)

  1. 定义材料参数。接下来就是困扰已久的材料参数定义,因为以前没有接触过各向异性材料,所以摸索了几天。首先来了解下正交各向异性的本构方程[1],如下;

abaqus材料强度(基于abaqus的各向异性材料的抗拔力学性能分析)(2)

也可以写成逆本构关系的形式:

abaqus材料强度(基于abaqus的各向异性材料的抗拔力学性能分析)(3)

(4.3)式中的相关材料参数组成的是柔度矩阵,(4.4)式中D为刚度矩阵,关于柔度矩阵与刚度矩阵的关系,可自行查阅资料。

abaqus材料强度(基于abaqus的各向异性材料的抗拔力学性能分析)(4)

回到ABAQUS中,第一步定义密度:点击material manager>create>general>density

第二步定义弹性材料参数:点击material manager>create>mechanical>elasticity>elastic。

此处type选择engineering constant,依次填入弹性模量与泊松比。(也可以选择Orthotropic,填入D1111至D2323等六个参数,需要利用弹性模量和泊松比进行换算),相关材料参数参考文献[2]

abaqus材料强度(基于abaqus的各向异性材料的抗拔力学性能分析)(5)

第三步定义塑性材料参数,点击material manager>create>mechanical>plasticity>plastic。Suboptions>potential进入如下页面:

abaqus材料强度(基于abaqus的各向异性材料的抗拔力学性能分析)(6)

abaqus材料强度(基于abaqus的各向异性材料的抗拔力学性能分析)(7)

此处的HILL屈服准则是基于Mises屈服准则的扩展。R11,R22…R23为各向异性应力屈服比,具体如下[1]

abaqus材料强度(基于abaqus的各向异性材料的抗拔力学性能分析)(8)

定义完材料参数后,点击OK退出material manager。后续进行建立section,及在section assignment中进行材料属性分配。

第四步材料属性方向定义,分配前得建立局部左边系,然后点击assign material orientation

abaqus材料强度(基于abaqus的各向异性材料的抗拔力学性能分析)(9)

,选择part,点击OK,进入到材料方向定义页面,选择坐标系,并定义材料属性的方向,如下图。需要对part-1和part-2别进行section assignment和assign material orientation。

abaqus材料强度(基于abaqus的各向异性材料的抗拔力学性能分析)(10)

4. 模型装配。进入assembly模块中,将Part-1,Part-2,Part-3组装到一块,模型如下:

abaqus材料强度(基于abaqus的各向异性材料的抗拔力学性能分析)(11)

5.建立分析步。进入step模块中,建立step-1和step-2,如下图。Step-1与step-2设置一样。

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abaqus材料强度(基于abaqus的各向异性材料的抗拔力学性能分析)(13)

6.建立接触。 建立接触之前,可在Part模块中,对part-1,part-2和part-3分别建立一些surface,用于建立接触关系。第一步,进入interaction property中建立两种接触属性,一种是nofriction,另一种是yesfriction,如下图:

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abaqus材料强度(基于abaqus的各向异性材料的抗拔力学性能分析)(15)

第二步,由于part-1和part-2之间是过盈装配关系,在part-1和part-2之间建立4个过盈配合的接触关系,接触属性选择yesfriction,在part-2和part-3之间建立硬接触,接触属性选择nofriction。方便始加位移边界条件。

abaqus材料强度(基于abaqus的各向异性材料的抗拔力学性能分析)(16)

abaqus材料强度(基于abaqus的各向异性材料的抗拔力学性能分析)(17)

7. 添加边界条件,在part-1上下面添加位移边界条件,约束所有自由度,在part-3的RP上于step-1添加位移调价0.001,(为了方便建立接触条件,能够计算)在step-2时变为10。

abaqus材料强度(基于abaqus的各向异性材料的抗拔力学性能分析)(18)

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8. 划分网格。对part-1和part-2进行网格划分,比较简单,不再赘述。

9.建立计算任务,提交计算,等待计算完成,并打开计算结果。

abaqus材料强度(基于abaqus的各向异性材料的抗拔力学性能分析)(20)

以上为所有模型建立过程,如有不当之处,请指正,并沟通交流。

参考文献

[1] 朱忠漫.干缩裂缝对历史建筑木结构件受力性能影响的试验研究[D].东南大学,2015.05.

[2] 杨建福.榫卯结构参数对其力学性能的影响[D]. 北京工业大学,2017.05.

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