在ABAQUS中如何使用修正DPC帽盖模型

本文介绍在ABAQUS中如何设置修正Drucker-Prager帽盖模型(修正DPC模型)的参数,包括粘聚力、摩擦角等关键属性,以及如何结合线弹性体使用该模型。修正DPC模型适用于描述大体积应变材料的力学行为。

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在ABAQUS中如何使用修正DPC帽盖模型

引言

修正Drucker-Prager盖帽模型(简称修正DPC模型)和修正剑桥(简称MCC模型)在岩土领域广泛使用,而修正DPC模型应用更加广,应用于描述存在大体积应变的材料力学行为。它在线性Drucker-Prager模型上增加了一个帽盖状的屈服面,从而引入了压缩导致的屈服,同时也能控制材料在剪切作用下的无限制剪胀现象。如下图是修正DPC模型的屈服面。

ABAQUS中设置修正DPC帽盖模型的参数

在很多有限元软件提供了修正DPC帽盖模型的本构模型,下面简要介绍在ABAQUS中设置相关参数。修正DPC模型可以与线弹性体、多孔介质弹性体一起使用,还可以与基于Darcy定律的多孔介质属性一起组合来描述类似土壤固结的力学行为,或类似的渗流/应力耦合力学行为。

以线弹性体+修正DPC帽盖模型为例,设置材料属性。

设置弹性参数

新建一个材料名称,然后增加一个弹性力学行为:Mechanical–>Elasticity–>Elastic,如下图所示

在这里插入图片描述
设置弹性参数

设置修正DPC模型参数

在ABQAUS软件中需要设置的参数有:

p-t平面上的粘聚力(Material Cohesion) ddd

p-t平面上的摩擦角(Angle of Friction) β\betaβ

R (Cap Eccentricity),需大于0

定义初始屈服位置(Init Yld Surf Pos)εvolin∣0\varepsilon_{vol}^{in }|_0εvolin0

过渡区参数(Transition Surf Rad) α\alphaα,包含蠕变效应时,α\alphaα=0

三轴拉伸强度与三轴压缩强度之比(FlowStress Ratio) k,

通过表格给定pbp_bpbεvolpl\varepsilon_{vol}^{pl}εvolpl的变化

前面6个参数设置步骤:Mechanical–>Platicity–>Cap Platicity,弹出如下对话框,在对应位置输入上述的6个参数。

在这里插入图片描述

设置硬化律参数

修正的Drucker-Prager帽盖模型中的硬化参数为pbp_bpb,用户可以分段指定pbp_bpb与塑性体积应εvolpl\varepsilon_{vol}^{pl}εvolpl的关系。在上面对话框的基础上(或者选择刚刚创建的Cap Platicity),步骤:Suboption–>Cap Hardening,然后弹出一个小对话框,输入硬化律两列数据即可,如下图所示。
在这里插入图片描述

小结

在ABAQUS中也可以通过关键字在inp文件中设置上述的这些材料参数,但是我觉得在cae界面里设置更方便,不容易出错。关于上述修正DPC本构模型的相关理论这里就不详细讨论,可以参考下面列出的一些教材,参考文献。


参考资料:

[1]费康, 张建伟. ABAQUS在岩土工程中的应用[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2009.

[2]Han L H, Elliott J A, Bentham A C, et al. A modified Drucker-Prager Cap model for die compaction simulation of pharmaceutical powders[J]. International Journal of Solids and Structures, 2008,45(10):3088-3106.

[J]. International Journal of Solids and Structures, 2008,45(10):3088-3106.

[3]Rui Z, Zhang L, He B, et al. Numerical simulation of residual stress field in green power metallurgy compacts by modified Drucker–Prager Cap model[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2013,23(8):2374-2382.

### 设置土壤材料参数 在ABAQUS中设置土壤材料参数可以通过两种主要方式完成:一种是在`.inp`文件中手动输入关键词定义;另一种则利用更为直观便捷的CAE图形用户界进行配置[^1]。 #### 使用 CAE 图形用户界设置土壤材料属性 对于希望减少错误并提高效率的操作者来说,在CAE界上设定材料参数是一个更好的选择。具体操作如下: - 打开 ABAQUS/CAE 并创建新模型数据库或打开已有项目; - 导入几何结构或划分网格后的部件; - 转到 `Property` 模块,点击左侧工具栏中的 “Create Material” 创建新材料; - 输入材料名称,并进入编辑模式指定该材料的具体性质; - 针对土壤类材料,通常需关注其弹性模量、泊松比等基本力学性能指标外,还需特别注意塑性行为及其硬化规律描述。特别是当涉及到复杂的本构关系(如修正DPC模型),应按照相应理论框架下的指导说明逐步填写各项系数与阈值条件; ```matlab *Material, name=Soil_Material *Density 2.0e-9, *Elastic 28000., 0.3 *Plastic 0.01, 25. ... ``` 此部分涉及较为专业的土木工程知识,建议参照相关领域权威书籍进一步了解具体的数值选取原则[^2]。 为了确保模拟准确性,还需要基于实际场地情况调整初始地应力场分布状况,这一步骤同样重要不可忽视。合理的初始应力假设能够显著提升计算结果的有效性和可靠性。
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