Chaboche率相关本构模型在循环塑性行为模拟中的应用

这篇论文主要探讨了Chaboche率相关本构模型在有限元分析中的数值积分算法，并通过ABAQUS软件中的用户子程序UMAT进行了316不锈钢在600℃循环特性的模拟，验证了该模型对于材料率相关性、对称拉压循环特性和棘轮效应的描述能力。 在工程力学和材料科学中，本构模型是描述材料在不同应力状态和应变速率下力学行为的数学模型。Chaboche模型是一种率相关的非线性本构模型，它考虑了材料在加载和卸载过程中记忆效应和应变硬化行为。这种模型尤其适用于模拟金属材料在循环载荷下的塑性变形，如疲劳和棘轮效应（即材料在反复加载下产生不可逆的应变积累）。 论文首先介绍了Chaboche模型的理论基础，其中包括材料的应力应变关系、速率相关性以及非线性硬化机制。率相关性意味着材料的响应不仅取决于当前的应力状态，还与加载速率有关。Chaboche模型通过引入记忆变量来捕捉材料的这种历史依赖性，从而能更准确地模拟循环加载下的材料行为。 接着，论文讨论了在有限元分析中如何数值积分本构关系，这是实现有限元模拟的关键步骤。通常，这涉及到将复杂的连续体问题离散化为许多小的元素，然后在每个元素内部求解本构方程。论文提到了Newton-Raphson迭代算法，这是一种常用于非线性问题求解的数值方法，能有效地逼近问题的解。 为了验证Chaboche模型的性能，研究人员编写了ABAQUS的UMAT子程序，这是一个自定义材料模型的接口，允许用户输入自己的材料行为描述。利用这个子程序，他们对316不锈钢在600℃下的循环加载行为进行了数值模拟。316不锈钢是一种广泛应用的奥氏体不锈钢，具有良好的耐腐蚀性和高温性能。 模拟结果与实验数据对比表明，Chaboche模型能够准确地描述316不锈钢的率相关性、对称拉压循环特性和棘轮效应。这一验证不仅证明了模型的适用性，也确认了数值积分算法的有效性和ABAQUS程序的正确实施。因此，该模型和算法对于理解和预测材料在循环载荷下的行为，特别是在热机械疲劳分析和结构可靠性评估中，具有重要的实用价值。 关键词：本构模型；积分算法；率相关；316不锈钢；循环塑性行为 这篇论文深入研究了Chaboche率相关本构模型在有限元分析中的应用，对于理解和应用这类模型进行材料行为预测提供了宝贵的理论和实践指导。