非线性结构材料模块更新

COMSOL Multiphysics® 5.3 版本针对“非线性结构材料模块”的用户引入了新的 Perzyna 和 Chaboche 粘塑性材料模型,并新增了如何使用 Lemaitre-Chaboche 粘塑性本构建模的教学模型。请阅读以下内容,了解“非线性结构材料模块”的所有新特征。

几何非线性分析中非弹性应变的新框架

对于几何非线性情况,新版本基于新的框架,对弹性和非弹性变形的分解处理应用了更为严格的方法。之前版本的 COMSOL® 使用加法分解方法,对于大应变塑性分析等几种例外情况,则使用乘法分解方法。

在新版本中,乘法分解现在可用于以下各种分析:

  • 热膨胀
  • 浸润膨胀
  • 预应变
  • 外部应变
  • 粘塑性
  • 蠕变

对于涉及几何非线性的研究,变形梯度中的乘法分解现在是分析所有非弹性情况的默认选项。其主要优势在于可以处理一种材料中的多种大型非弹性应变情况。另外,这种方法还使线性化更一致,因为现在可以精确地预测由纯热膨胀引起的特征频率偏移。如果用户希望切换回 COMSOL Multiphysics® 软件以前版本中的方法,则可以在各材料模型的“设置”窗口中勾选新增的附加应变分解 复选框。


线弹性材料 节点和非线性弹性材料 节点下的外部应变 属性中扩充了几个新选项。这几个选项允许以多种形式提供非弹性应变,还可以将其他物理场接口中的非弹性应变传递到此属性中。此外,具有类似性质的外部应变 属性已添加到“超弹性材料”中。


新粘塑性材料模型

现在包含两个新的粘塑性材料模型:Perzyna 和 Chaboche。这些模型适用于屈服应力与应变率显著相关的情况。之前版本中的粘塑性材料模型也得到了扩展,现在可以从材料 节点获得材料属性。

新的粘塑性材料模型的表面图。 基于新的粘塑性材料模型计算的测试示例中的粘塑性应变结果。 基于新的粘塑性材料模型计算的测试示例中的粘塑性应变结果。

多孔塑性模型

多孔塑性模型在模拟粉末压制(以此为例)时非常重要。与经典塑性模型(假定塑性变形不改变体积)相反,孔隙率是多孔塑性模型中的重要参数。现在提供五个此类模型:

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

Tresca 屈服函数的关联流动法则

关联流动法则已添加到塑性分析中的 Tresca 屈服函数。如上文所述,默认的流动法则使用 von Mises 屈服表面作为塑性势,但可以在“设置”窗口中更改。

用于超弹性材料的各向异性热膨胀和浸润膨胀

超弹性材料 特征中的热膨胀 特征已扩展,具有提供热膨胀的正交各向异性和各向异性系数的选项。同样地,现在可以在浸润膨胀 节点中使用浸润膨胀的正交各向异性和各向异性系数。

新教学模型:Lemaitre-Chaboche 粘塑性模型

大多数金属和合金在高温下会发生粘塑性变形。在循环载荷的情况下,需要具有各向同性和运动学硬化的本构定律来描述棘轮效应、循环软化/硬化以及应力松弛等效应。Lemaitre-Chaboche 粘塑性模型使用各向同性硬化和非线性运动学硬化组合起来对这些效应建模,常用于添加剂制造、激光焊接、激光切割,以及金属和合金在高温下的热处理等领域。该教学模型演示测试样条上的 Lemaitre-Chaboche 粘塑性本构定律。

“非线性结构力学模块”中引入了新的 Lemaitre-Chaboche 粘塑性模型的教程。 经过应变率为 0.001 s-1 的四个载荷循环后的测试示例中使用 Lemaitre-Chaboche 粘塑性模型计算的粘塑性应变。 经过应变率为 0.001 s-1 的四个载荷循环后的测试示例中使用 Lemaitre-Chaboche 粘塑性模型计算的粘塑性应变。

“案例库”路径:
Nonlinear_Structural_Materials_Module/Viscoplasticity/lemaitre_chaboche_viscoplastic_model