功能梯度材料屬于復合材料的范疇,它將多種材料按照一定的規(guī)律結合,使其結構及力學性能按照一定的規(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)單質材料的缺陷。在已有關于功能梯度材料力學性能的研究中,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性能進行研究,但在國內外研究中,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)探究其對軟管內壁自由表面起皺的影響。因此,本文的主要研究內容如下:(1)回顧超彈性材料本構理論,總結常用的超彈性材料本構模型,對常用超彈性材料的應變能密度函數(shù)、應力計算理論等進行簡要介紹;(2)總結超彈性材料在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模型本構關系對其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;(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壁起皺的影響,探究引起功能梯度軟管內壁自由表面起皺的臨界應變,同時定性分析材料參數(shù)及模型參數(shù)的改變對FGM軟管內壁起皺形貌演化所造成的影響。本課題基于超彈材料本構理論開發(fā)了Neo-Hookean材料的UMAT子程序,并且驗證了其正確性,在此基礎上進行超彈性功能梯度材料UMAT子程序的開發(fā),擴充了ABAQUS軟件材料庫。基于開發(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壁的起皺,通過擬合初步得到功能梯度軟管內壁自由表面起皺的徑向臨界應變值和環(huán)向臨界應變值,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壁起皺的徑向臨界應變值和環(huán)向臨界應變值造成影響,而組分材料的泊松比變化會改變起皺的徑向臨界應變值和環(huán)向臨界應變值。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壁的起皺情況,導致內壁不起皺或有限元計算結果不收斂。
【學位單位】：重慶交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB34
【部分圖文】：

1 與子程序 2 一致性驗證介紹了兩種編寫材料子程序的方法，并且應用這發(fā)，為了驗證兩個子程序是否都有效以及是否能利用簡單的模型對兩個子程序的一致性進行檢驗。的驗證模型為厚壁管模型，由于該厚壁管軸向尺為二維模型，且考慮到圓管的對稱性，故為了加快型。該模型及材料的參數(shù)如表 3.7 所示。表 3.7 測試模型及材料參數(shù)m） 外徑 R（mm） 彈性模量（MPa） 35 5 108數(shù)，建立如圖 3-1 所示的部件。首先，采用 UMAerty】模塊之中對于材料進行定義，確定傳入子程后在【Assembly】模塊中完成對部件的組裝。

圖 3-2 材料彈性參數(shù)步進行定義時，分析步的類型確定為“Static,General”型所使用的是超彈性材料，所以在對于分析步進行定線性的影響，因此需要在分析步編輯窗口中將【Nlgeo如圖 3-3 所示。

圖3-3分析步設置
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本文編號：2866616