非线性结构材料模块更新

COMSOL Multiphysics® 5.5 版本为“非线性结构材料模块”的用户新增了塑性、蠕变、黏塑性和黏弹性壳模型,添加了 Johnson-Cook 模型来分析应变率相关的塑性,并增强了形状记忆合金功能。请阅读以下内容,了解这些特征及其他新增功能。

塑性、蠕变、黏塑性和黏弹性扩展功能

接口现在提供塑性蠕变黏塑性黏弹性 特征,专用于模拟金属和合金的非弹性变形,这对于在模拟薄壁结构时减少计算时间起着非常重要的作用。您可以通过选择全厚度方向的积分点数量,获取精度和计算时间之间的平衡。金属框架的扭曲和弯曲正交材料压力容器 - 壳版本模型演示了这一新特征。

带有切口的金属框架模型,其中使用彩虹色表显示应力。 金属框架 使用 接口建模的薄壁框架在导致屈服的荷载水平下,由于发生扭曲和弯曲而产生的 von Mises 应力。

新增 Johnson-Cook 模型用于分析应变率相关的塑性

在高应变率下发生变形的金属通常比在低速下表现出更强的塑性硬化,Johnson-Cook 模型用于描述这种高应变率对塑性硬化的影响。此外,您也可以选择包含由温度升高引起的软化。Johnson-Cook 硬化模型可以用作塑性 节点,或者黏塑性 节点的 Chaboche 和 Perzyna 模型中的各向同性硬化模型。您可以在应变率相关塑性拉伸试验模型中看到这一新特征。

该二维模型显示在四种不同的加载速度下,拉伸试验后的塑性应变分布和温度上升情况。 不同加载速度下的塑性应变和温度 在不同的加载速度下进行拉伸试验后的塑性应变分布(蓝色)和温度上升情况(红色)。

形状记忆合金增强功能

形状记忆合金的 Lagoudas 材料模型包含多项增强功能,引入了应力相关的最大转变应变,使您能够在由于低应力水平而无法达到最大转变应变时,对双向形状记忆效应 (TWSME) 进行建模。新版本添加了应力硬化项来表示转变滞回线大小随应力水平的变化情况。有了这一项,您可以在相图中观察到不同的斜率。此外,还为单独的域添加了新的相变方向 子特征选项。在许多情况下,相变过程中的转变方向是已知的,您可以通过指定而不是计算转变方向来显著提高收敛性。在以前的 COMSOL Multiphysics® 版本中,有一个类似的选项,但仅适用于整个结构,而不能应用于单独的域。

多层壳接口中的超弹性材料

通过在多层壳 接口中添加超弹性材料,支持对复合壳中的大应变进行建模,其中一些层由橡胶或其他类型的弹性体构成。请注意,除了“结构力学模块”和“复合材料模块”,您还需要“非线性结构材料模块”才能使用此功能。

在 COMSOL Multiphysics 中建模的复合材料面板,其中突出显示超弹性层,并显示“多层壳”接口设置。 采用超弹性材料的复合材料面板 夹层复合材料面板模型,其外部为线弹性层(复合材料),中间突出显示的是超弹性层(橡胶材料)。

多层壳中的塑性

多层壳 接口的线弹性材料 节点中新增了塑性 特征,支持您模拟复合材料层合板的选定层中的塑性变形,例如夹层结构中的金属外层。塑性模型与固体力学 接口中的相同,只是假设其塑性应变较小。请注意,除了“结构力学模块”和“复合材料模块”,您还需要“非线性结构材料模块”才能使用此功能。

在 COMSOL Multiphysics 中建模的多层壳,其中突出显示了塑性 多层壳 多层壳模型,图中突出显示在顶层和底层对塑性建模。

新的教学案例

5.5 版本新增了三个教学案例。