ABAQUS中统一弹塑性本构模型的开发与验证

本文主要探讨了如何在ABAQUS软件中实现统一弹塑性本构模型的开发与应用。ABAQUS是一款广泛使用的有限元分析软件，而统一弹塑性本构模型是描述材料在同时经历弹性行为和塑性变形时力学特性的强大工具。作者遵循ABAQUS的用户自定义材料模型（User Material subroutine, UMAT）编程规范，设计并编写了一种接口程序，以将这种模型有效地融入ABAQUS的求解流程。 作者首先基于统一弹塑性理论的有限元理论框架，构建了一个符合UMAT格式要求的程序模块。这个模型考虑了退化的统一强度模型，当b参数等于0时，退化为经典的莫尔-库仑破坏模型，这有助于验证新开发材料子程序的准确性和效率。通过单轴试验和圆形硐室的弹性分析，作者验证了该模型的适用性。 接下来，文章进一步讨论了统一强度模型的一般情况（即b≠0），以及在屈服面硬化条件下的应用。在这些复杂情况下，模型能够处理材料的非线性行为，包括流动矢量的计算和奇异点的识别，这些都是塑性行为的关键元素。此外，文中还介绍了应力拉回算法，这是一种用于处理塑性失效后材料重新恢复强度的重要技术。 作者通过圆形硐室的弹塑性计算，揭示了应力场随时间变化的规律，展示了统一弹塑性本构模型在实际工程问题中的实用性。这种研究方法具有普适性，对于其他工程师在ABAQUS平台上扩展和定制本构模型提供了宝贵的经验和参考。 本文的核心内容涵盖了统一弹塑性本构模型的理论基础、编程实现、应用验证以及其在ABAQUS环境中的具体应用策略，为从事岩土力学数值模拟的工程师提供了一套完整且实用的方法论。