1. 蠕變現象
蠕變現象簡單講,就是載荷不變,材料或者結構變形隨着時間的推移而逐漸增加的現象。引起蠕變的原因有很多,溫度、材料本構、載荷水平等等。從微觀機理上可以追溯到晶體結構。當然這不是我們做工程的該考慮的。
我們要考慮的是,如何用一個本構來描述這種變形特點。下面這個圖具備相當的代表性。
通常這類問題一個顯著的特點就是和時間相關,類似於一個生長現象。搞自然科學的,看到這基本都能猜到,這個本構一定要有自然常數。下面我們將以木材蠕變爲例,介紹下在ABAQUS UMAT中如何實現蠕變仿真。
2. 本構理論
文獻[1]給出了木材蠕變過程中本構:
3. 算例
3.1 模型
考慮懸臂樑模型,如下圖。
3.2 邊界條件
根據蠕變的定義,模型必須現有一個穩定的載荷,因此可以分成兩個step。第一個step,完成力加載,第二個step保持載荷,實現蠕變變形的生長。
需要指出的是,蠕變通常需要在較長的時間尺度上纔能有明顯的效果。比如我們要觀察100天的變形情況,那麼這個時候,ABAQUS設定的總時間還是1,在UMAT裏面要乘以相應的係數,給出物理時間,纔能有效的實現蠕變效果。
3.3 結果
最終得到懸臂樑端部位移如下圖所示。從圖中可以看出,在最初的幾天,蠕變變形較大,隨着時間的推移,變形增加的幅度放緩,符合蠕變的特點。
參考文獻
[1] 《溼度變化和荷載作用下膠合木曲樑的工作性能研究》
[2] 《旋切板膠合木的蠕變及其對結構穩定性的影響》
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