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隨著纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在航空航天以及其他領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，對其力學(xué)性能的研究不斷深入，以滿足安全、合理和有效地使用復(fù)合材料的要求。大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在偏軸拉伸或壓縮載荷作用下呈現(xiàn)出顯著物理非線性力學(xué)行為。一般認(rèn)為非線性變形過程中始終伴隨著基體塑性變形與內(nèi)部損傷演化的相互作用，這些變化不斷改變著基體與纖維的協(xié)同機(jī)制。這是材料本構(gòu)關(guān)系問題，是通過應(yīng)力－應(yīng)變的非線性響應(yīng)表現(xiàn)出來的。因此，確立準(zhǔn)確且實(shí)用的本構(gòu)關(guān)系對于精確評估復(fù)合材料的損傷、強(qiáng)度和耐久性等問題至關(guān)重要。
有限元分析法是當(dāng)今使用最廣的一種數(shù)值方法，它幾乎可適用于所有的計(jì)算領(lǐng)域，如彈塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、流體力學(xué)及熱傳導(dǎo)計(jì)算等。將有限元數(shù)值技術(shù)用于復(fù)合材料研發(fā)和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是目前復(fù)合材料及其相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析的主流趨勢和必然方向。但是，現(xiàn)有通用有限元軟件的材料庫往往不能直接滿足某些材料本構(gòu)模型的要求，需要利用自定義材料本構(gòu)模型以不斷完善材料子程序庫，并強(qiáng)化各種有限元分析程序包的功能。因此，出現(xiàn)了很多基于有限元接口程序二次開發(fā)并探討自定義材料本構(gòu)模型和算法的研究。
姜云鵬等對復(fù)合材料開口補(bǔ)強(qiáng)層合板進(jìn)行了壓縮試驗(yàn)研究，利用非線性分析方法對復(fù)合材料的應(yīng)力－應(yīng)變響應(yīng)進(jìn)行了模擬，通過在有限元軟件ABAQUS中編制ＵＭＡＴ子程序預(yù)測了材料的損傷萌生和擴(kuò)展。李俊等基于二維編織Ｃ／ＳｉＣ復(fù)合材料建立了一種宏觀正交各向異性非線性損傷本構(gòu)模型，將其寫成了ＵＭＡＴ子程序并引入了ＡＢＡＱＵＳ中，完整描述了該材料的加載非線性和卸載線性的應(yīng)力－應(yīng)變特征及其加卸載歷史。鄭核樁等通過ＡＢＡＱＵＳ中的ＵＧＥＮＳ子程序定義了橋聯(lián)模型理論材料庫，并分析計(jì)算了復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)在橫向力和面內(nèi)載荷作用下的破壞和強(qiáng)度問題。潘曉明等將巖土領(lǐng)域采用的統(tǒng)一彈塑性本構(gòu)模型在ＵＭＡＴ中進(jìn)行了二次開發(fā)，對單軸壓縮試驗(yàn)和圓形硐室問題進(jìn)行了彈塑性分析。黃富華等通過ＡＢＡＱＵＳ用戶子程序和腳本語言的編寫對復(fù)雜的均勻化方程進(jìn)行了便捷求解，從而對具有周期性構(gòu)造的復(fù)合材料的有效性能進(jìn)行了預(yù)測。丁淑蓉等將Ｗｅｅｋｓ和Ｓｕｎ提出的適于表征ＡＳ４碳纖維／聚醚醚酮（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｅｒ Ｅｔｈｅｒ Ｋｅｔｏｎｅ，ＰＥＥＫ）熱塑性復(fù)合材料非線性行為和應(yīng)變率相關(guān)行為的三維彈塑性模型引入有限元自動生成系統(tǒng)（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｐｒｏｇｒａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＦＥＰＧ）中，編制了相應(yīng)的彈塑性有限元程序，為研究應(yīng)變率行為打下了基礎(chǔ)。Ｋｎｉｇｈｔ利用ＡＢＡＱＵＳ提供的用戶材料子程序ＵＭＡＴ自定義了一種適于雙模量正交各向異性材料的熱力學(xué)漸進(jìn)失效分析模型。
然而，由于復(fù)合材料的非均質(zhì)性、各向異性、耦合效應(yīng)以及層間剪切等特殊性質(zhì)，導(dǎo)致了描述復(fù)合材料非線性本構(gòu)理論本身的復(fù)雜性及多樣性，從而很難確立一個能夠解決大部分非線性問題的通用解。因此，發(fā)展豐富且實(shí)用的非線性材料庫不僅能為利用通用有限元軟件對復(fù)雜的非線性問題進(jìn)行便捷求解提供理論依據(jù)，也成為了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析與仿真技術(shù)等工程實(shí)踐中的主體內(nèi)容。
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