非線性結構材料模組更新

COMSOL Multiphysics® 5.3 版本針對非線性結構材料模組的用戶引入了新的 PerzynaChaboche 黏塑性材料模型,並新增了如何使用Lemaitre-Chaboche黏塑性本構建模的教學模型。請閱讀以下內容,了解“非線性結構材料模塊”的所有新特徵。

幾何非線性分析中新增的非彈性應變框架

對於幾何非線性的情況,實現了分解成彈性變形和非彈性變形這樣一個新的框架,且處理更嚴格。 COMSOL® 軟體以前的版本使用附加分解方法,對於大應變塑性分析等幾種例外情況,則使用乘法分解方法。

 

乘法分解現在仍適用於以下各種分析:

l   熱膨脹

l   吸濕膨脹

l   齣使應變

l   外部應變

l   黏塑性

l   潛變

 

對於涉及幾何非線性的研究,變形梯度中的乘法分解現在是分析所有非彈性情況的預設選項,其主要優勢在於可以在一種材料中處理多種大型非彈性應變情況。不僅如此,這種方法還使線性化更一致,因為現在可以精確地預測由純熱膨脹引起的特徵頻率偏移。如果要切換回 COMSOL Multiphysics® 軟體以前版本中的方法,則可以在各材料模型的設定窗口中選中新的附加應變分解核取方塊。


這一功能增強還包括線彈性材料節點和非線性彈性材料節點下的外部應變屬性中擴充了幾個新選項。這幾個選項允許以多種形式提供非彈性應變,還可以將其他物理場介面中的非彈性應變傳遞到此屬性中。此外,具有類似性質的外部應變屬性已添加到超彈性材料中。


新黏塑性材料模型

現在包含兩個新的黏塑性材料模型:PerzynaChaboche。這些模型適用於降伏應力與應變率顯著相關的情況。之前版本中的黏塑性材料模型也得到了擴展,現在可以從材料節點獲得材料屬性。

A surface plot of the new viscoplastic material model.

基於新的黏塑性材料模型計算的測試試片中的黏塑性應變結果

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多孔塑性模型

多孔塑性模型在模擬粉末壓制(以此為例)時非常重要。與古典塑性模型(假定塑性變形不改變體積)相反,孔隙率是多孔塑性模型中的重要參數。現在提供五個此類模型:

  1. Shima-Oyane
  2. Gurson
  3. Gurson-Tvergaard-Needleman
  4. Fleck-Kuhn-McMeeking
  5. FKM-GTN

Tresca降伏函數的關聯流動法則

關聯流動法則已添加到塑性分析中的Tresca降伏函數。如上文所述,預設的流動法則使用von Mises降伏表面作為塑性勢,但可以在設定視窗中更改。

用於超彈性材料的異向性熱膨脹和吸濕膨脹

超彈性材料特徵中的熱膨脹特徵已擴展,具有提供熱膨脹的正交性和異向性係數的選項。同樣地,現在可以在吸濕膨脹節點中使用吸濕膨脹的正交性和異性向係數。

新教學模型:Lemaitre-Chaboche黏塑性模型

大多數金屬和合金在高溫下會發生黏塑性變形。在循環負載的情況下,需要具有等向性和運動學硬化的本構定律來描述棘輪效應、循環軟化/硬化以及應力鬆弛等效應。Lemaitre-Chaboche黏塑性模型使用等向性硬化和非線性運動學硬化組合起來對這些效應建模,常用於添加劑製造、雷射焊接、雷射切割,以及金屬和合金在高溫下的熱處理等領域。該教學模型演示測試樣品上的Lemaitre-Chaboche黏塑性本構定律。