使用UMAT子程序模拟广义麦克斯韦粘弹性模型

本研究利用广义流变学麦克斯韦粘弹性模型（考虑五个麦克斯韦单元），精确地描述了聚合物和弹性体等粘弹性材料的三维力学响应。具体而言，我们使用Abaqus标准求解器的UMAT子程序实现了麦克斯韦粘弹性模型。简而言之，利用本教程中的概念，您可以利用粘弹性麦克斯韦模型，对任意N个麦克斯韦单元进行建模。.

麦克斯韦粘弹性模型适用于定性和概念分析，但单个麦克斯韦元件不足以描述弹性体和聚合物的行为。为了更精确地定义这些材料，需要使用广义麦克斯韦粘弹性模型。在广义麦克斯韦粘弹性模型中，, N 将麦克斯韦元件和单个弹簧（胡克元件）并联组装在一起。本教程通过定制 UMAT 子程序来模拟柔性样品的行为，从而促进粘弹性材料的设计和分析。.

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使用UMAT子程序模拟广义麦克斯韦粘弹性模型

产品 Informations

1. 引言：Maxwell粘弹性模型的Abaqus实现

粘弹性材料的行为介于液体和固体之间。换句话说，它们同时具有液体和固体的特性。也就是说，许多天然和合成材料都被归类为粘弹性材料；从人体生物结构（如皮肤、软骨和组织）到混凝土、泡沫、橡胶和合成聚合物，都属于粘弹性材料。由于这些独特的性质，粘弹性材料有着广泛的应用。鉴于此，本研究的主要目标包括开发和实现精确的粘弹性材料三维模型，并将粘弹性特性整合到分析中，从而提高对粘弹性材料在不同边界条件和载荷条件下响应的预测能力。.

本项目使用UMAT子程序，基于广义流变学Maxwell粘弹性模型模拟粘弹性材料的行为。本研究采用的几何模型为受拉试样。粘弹性材料的行为介于液体和固体之间，即兼具液体和固体的特性。许多天然和合成材料都属于粘弹性材料，例如人体生物结构（如皮肤、软骨和组织）以及混凝土、泡沫、橡胶和合成聚合物。由于这些独特的性质，粘弹性材料有着广泛的应用。.

在这方面，本研究的主要目标包括开发和实施粘弹性材料的精确三维模型，并将粘弹性特性整合到分析中，从而提高对粘弹性材料在不同边界和载荷条件下的响应的预测。.

本教程讨论了广义麦克斯韦粘弹性模型，在解释了该模型的理论并提及了其细节之后，给出了相关的子程序。.

2. 使用 UMAT 子程序模拟广义 Maxwell 粘弹性模型（PDF 文件）

本项目在讲授材料流变建模的基本原理之后，利用广义麦克斯韦粘弹性模型，精确地描述了粘弹性材料的三维力学响应。也就是说，麦克斯韦粘弹性模型的实现是通过UMAT子程序（用于标准求解器）完成的。.

2.1 问题描述

几何形状：本例包含一个受拉力作用的拉格朗日部件。图 1 显示了该部件的示意图。.

本示例中使用的材料属性以名为‘材料属性’的 Excel 文件形式呈现。这些属性将被导入到 UMAT 子程序中。本示例中使用的材料包括环氧树脂、VHB 4910 和 VHB 聚合物。.

如图 2 所示，零件的上表面通过速度边界条件进行拉伸，而下表面的所有自由度均受到约束。.

图1：拉伸部分的示意图

图 2：速度边界条件

图 3：广义麦克斯韦模型的示意图

2.2 项目流程

设置软件环境并选择Abaqus单位；;
制造拉伸部分；;
定义材料属性并创建其相关部分；;
在 Assembly 模块中创建模型实例；;
创建非线性“静态，通用”步骤，通过调用 UMAT 子程序进行分析；;
确定载荷和边界条件等；;
生成元素并分配元素类型；;
准备“UMAT_5Maxwell_Elements”子程序；;
创建作业并调用相关作业的 UMAT 子程序；;
提交职位；;
查看结果。.

引言：Maxwell粘弹性模型的Abaqus实现

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使用 UMAT 子程序模拟广义 Maxwell 粘弹性模型（PDF 文件）

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研讨会（视频文件）：广义麦克斯韦粘弹性模型模拟的分步指南

2.3. 执行项目流程

搭建软件环境

几何学：

本例包含一个受拉力作用的拉格朗日部件。该部件的示意图如图 1 所示。.

材料特性：

本示例中使用的材料属性以名为‘材料属性’的 Excel 文件形式呈现。我们使用 Abaqus 中的‘用户材料’选项定义这些属性，然后将其导入到 UMAT 子程序中。.

步骤：

本例的分析程序为“UMAT_5Maxwell_Elements”子程序的非线性“静态，通用”分析程序。.

注意：请参阅附件（Abaqus 模型和 UMAT 子程序）以了解建模。.

边界条件：

如图 2 所示，利用速度边界条件拉伸零件的上表面（多发性硬化症）。.

网格划分：

对于标准求解器，网格划分操作采用 8 节点线性砖单元，并启用“畸变控制”（C3D8）。.

准备子程序

我们在‘理论与基础关系’一节中详细解释了材料流变建模的所有基本概念，特别是麦克斯韦粘弹性模型及其广义模型（考虑五个麦克斯韦元件）。请仔细阅读本节以理解“UMAT_5Maxwell_Elements”子程序。.

创建作业并调用 UMAT 子程序
提交职位
如何提取结果的指南

视频文件中详细展示了提取结果的过程。.

2.4 理论与基础关系

材料的流变学建模

流变学一词源于希腊语“Rheos”，意为流动。简而言之，流变学是物理学的一个分支，研究物质的形变和流动，并描述力、形变和时间之间的相互关系。当然，这种建模方法可以应用于从流体（液体和气体）到固体材料的所有物质。.

接下来，通过定义一些材料属性，解释流变建模中使用的要素。.

最后，在讲解了材料流变建模的基本原理之后，我们利用广义麦克斯韦粘弹性模型，给出了粘弹性材料的精确三维力学响应。.

弹性性质（胡克元件[符号H]）
粘性（牛顿元素[符号 N]）
理想刚塑性材料（圣维南元件[符号 St V]）
粘弹性材料
Kelvin-Voigt粘弹性模型
蠕变恢复响应
压力放松
麦克斯韦粘弹性模型
蠕变恢复响应
压力放松
广义麦克斯韦模型
开发用于广义麦克斯韦粘弹性模型的UMAT子程序
广义麦克斯韦模型（五个麦克斯韦元件）的UMAT子程序

介绍并详细解释了与粘弹性材料的广义麦克斯韦粘弹性模型实现相关的 UMAT 子程序。.

3. 工作坊（视频文件）：广义粘弹性麦克斯韦模型模拟的分步指南

本研讨会通过视频提供完整的逐步指导，简化了受拉粘弹性试样的模拟。具体来说，我们使用广义麦克斯韦粘弹性模型来模拟粘弹性试样的行为。同时，视频详细展示了如何对麦克斯韦粘弹性模型进行建模、调用子程序、提交作业以及提取结果。也就是说，为了验证所实现的粘弹性麦克斯韦模型，我们在本教程中探讨了不同的结果。例如，我们可以参考应力分布场（S）、位移分布场（U）、速度分布场（V）和应变分布场（）。）、反作用力（RF）、力-位移图（FU）、应力-应变图（S-等等。总而言之，这些结果是从分析中提取出来的，用于评估材料行为及其在不同条件下的性能。.