考虑混合强化准则的GTN损伤模型

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 9次 | 上传用户:xiaosheng07
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GTN (Gurson-Tvergaard-Needleman)损伤模型能从细观层面形象地模拟钢材韧性破坏过程。然而,该模型是基于理想弹塑性模型提出的,无法描述钢材在低周往复荷载作用下的包辛格效应。本文参考前人研究成果,在经典GTN损伤模型理论中加入等向强化准则和随动强化准则,通过编制ABAQUS有限元软件的UMAT子程序,在ABAQUS软件中实现了考虑混合强化准则的GTN损伤模型。利用低周往复加载下的单胞模型、体胞模型和文献算例测试,验证了所编UMAT子程序的有效性。单胞模型测试从概念上论证了所编UMAT子程序不仅能够定性模拟钢材韧性破坏过程,亦能反映钢材屈服后再加载过程中屈服面的膨胀与移动;体胞模型测试验证了所编GTN模型UMAT子程序中孔洞体积分数演化趋势正确。文献算例测试则表明所编UMAT子程序计算量值正确,可用于实际问题。应用所编UMAT子程序模拟多种建筑钢材制成的光滑和缺口试件低周往复加载试验,研究了加载过程中GTN模型孔洞体积分数f的演化规律,比较了不同网格尺寸和损伤参数对缺口试件始裂点的影响。相比ABAQUS软件Combined模块,所编UMAT子程序能够反映钢材因微孔洞引起的损伤累积,实现缺口试件的始裂预测,但将单向拉伸材性试验识别的GTN模型损伤参数及低周往复加载试验识别的混合强化参数直接组合应用时,预测结果与试验数据相差较大。孔洞体积分数f在低周往复加载初期呈阶梯状上升,但当基体累积等效塑性应变达到一定值后,孔洞形核部分不再增长,f随孔洞长大部分波动变化,并增大至材料最终破坏时的孔洞体积分数fF,缺口试件形成裂缝。网格尺寸减小,试件的始裂点提前出现,但当网格细化到一定程度时,可以忽略其对始裂点的影响。相对于初始孔洞体积分数fO,形核孔洞体积分数fN、材料最终破坏时的孔洞体积分数fF对缺口试件始裂点的影响较为明显,增大fF会延缓始裂点的出现,增大fN会加速始裂点的出现。
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