Abaqus/CAE：材料参数转换与表格下载

材料非线性

Abaqus提供了许多材料本构，除了弹性性质，还提供了各种塑性本构模型。通常，为了精确建模材料，进行相关测试。本文着重讲解工程应力-应变和真应力-应变之间的区别，以及如何通过Abaqus/CAE或Excel表将工程应力-应变转换为真应力应变。

不同的工程材料在相同的加载方式下表现出不同的行为/趋势。更传统的工程材料，如受拉混凝土、玻璃金属和合金，表现出较好的线性应力-应变关系，直到屈服开始（材料在卸载时恢复其原始形状），而其他更现代的材料（如橡胶、聚合物）在外部加载时直接表现出非线性应力-应变关系。另外，不同的工程材料在塑性区域内（即在载荷移除后仍存在一些永久变形的区域）也具有不同的应力-应变趋势。脆性材料通常在屈服后甚至在屈服点处断裂（失效），而合金在失效前塑性变形。

为了模拟材料行为，通常通过测试生成应力-应变曲线，当然所进行的测试类别应与材料在使用中承受的负载类型相关。大多数金属材料如下图左，在低应变时具有良好的线性应力-应变关系，但在高应变时，材料屈服，应力-应变为非线性关系，且不可逆。塑胶材料与此类似，区别在其缓慢屈服，如下图右。

用于应力-应变曲线输出的相关测试是单轴拉伸测试，韧性钢的典型应力-应变如下图所示。该图中显示的应力和应变分别称为工程应力和工程应变。它们将钢试样的当前状态与其原始未变形的自然状态（通过初始横截面和初始长度）相关联。从图中可以清楚地看到屈服点以及塑性区域和断裂点（当样品断裂时）。

在塑料区域内，区分了两个子区域，即加工硬化区域和颈缩区域。这两个区域由材料的极限拉伸强度（UTS）点分开，表示样品可承受的最大拉伸应力。

应力-应变曲线转换公式

在Abaqus中（如在大多数Fea软件中），相关的应力-应变数据必须作为真实应力和真实应变数据输入（将材料的当前变形状态与先前执行状态的历史相关联，而不是初始未变形状态）。在实验测试中，获得的数据通常是名义应变-名义应力曲线，即工程应力-工程应变，需要将工程应力 - 应变转换为真应力-应变，公式如下。

工程应力/应变转换为真应力/应变的方程只能用于UTS点之前（转换有效性如上图所示），随后的缩颈现象禁止使用这些方程式。

Abaqus/CAE采用塑性模型（Plasticity model）定义材料的后屈服（Post-yield）性能，即真实应力-真实塑性应变。为了在Abaqus中包含塑性，应力 - 应变点超过屈服，必须以真实应力和对数塑性应变的形式输入。Abaqus所需的对数塑性应变可以用下面给出的公式计算.

用户可结合下图左示意，用上式截取出下图右真实塑性应变-应力材料曲线。

Excel表换算应用至Abaqus

第一个数据点必须始终对应屈服点（屈服应力，对数塑性应变= 0），后续应变可以从上面提供的公式计算。举例：下所示材料，其弹性模型E为210000MPa，A&B列为试验测试的名义应力-应变数据，基于A&B列应用公式，求出C&D列的真实应力-应变数据；再应用公式求出E列的塑性应变。输入到Abaqus中的塑性模型应力为C2~C7，对应的塑性应变为E2~E7。