ABAQUS中Cosserat弹塑性模型的数值实现及其影响因素研究

本文档深入探讨了"Cosserat弹塑性模型在ABAQUS中的数值实施"这一主题，发表于2011年的武汉工程大学学报。Cosserat理论，由Cosserat兄弟首次提出，是一种偶应力理论的扩展，引入了旋转自由度和微曲率概念，这对于处理网格敏感性和保持控制方程的椭圆性有显著优势。随着细观力学和非均匀力学的发展，Cosserat理论在材料科学中的应用越来越广泛，特别是在材料局部化问题的研究中。 作者彭从文及其合作者利用大型有限元软件ABAQUS的用户元素接口程序UEL（User Element Library），开发了一种压力相关的弹塑性Cosserat连续体材料模型。他们的研究采用了平面八节点等参单元，这个单元考虑了平动和转动两个自由度，并结合了Drycer Prager材料模型来计算应力，采用了四阶龙格库塔法进行求解。通过这项工作，他们着重分析了网格密度和材料特征长度对材料局部化问题的影响。 研究结果显示，网格密度对于材料剪切带的厚度和等效塑性应变的影响微乎其微，这表明在高精度计算中，密集网格并不总是必需的。另一方面，材料的特征长度增加会导致剪切带厚度增加，而等效塑性应变峰值则有所减少。这一发现对于优化有限元模拟中的网格设置以及理解材料在复杂载荷下的行为具有实际意义。 此外，文章还提到了 Cosserat模型在ABAQUS中的局限性，即许多通用数值计算平台尚未内置这种模型，因此二次开发的需求仍然存在。作者的工作对于填补这一空白并推动ABAQUS在Cosserat模型处理上的功能扩展具有重要意义。 本文不仅介绍了Cosserat模型的理论背景和在ABAQUS中的具体实现，还提供了关键参数对材料行为影响的定量分析，对于材料科学家和工程师来说，是一篇实用且具有理论价值的研究论文。