Abaqus 中的塑性应变：了解基础知识
在计算机辅助工程分析软件套件 Abaqus 中定义屈服应力时，塑性应变是一个关键考虑因素。当屈服强度取决于应变速率且预期应变速率较大时，Abaqus 允许用户准确定义材料的屈服行为。塑性应变值通常预期在所有屈服应力值下都为零，Abaqus 中表格数据的第一个点应代表与零塑性应变相关的屈服应力。但是，也存在例外情况，例如当应力-应变曲线上的屈服点定义不明确时，例如脆性材料的情况。
| 特征 | 价值观 |
|---|---|
| 塑性应变值 | 随温度变化的屈服应力数据 |
| 表格数据的第一点 | 与零塑性应变相关的屈服应力 |
| 塑性变形 | 各向同性单轴硬化定律 |
| 总应变 | |
| 屈服应力 | 参考0等效塑性应变 |
| 塑性应变方程 | 塑性应变 = 总应变 - 弹性应变 |
| 塑性应变方程（更严格） | |
| Abaqus 中的塑性应变 | 真实应力作为真实塑性应变的函数 |
| 塑性应变计算 | 从总应变中减去弹性应变（真实应力/杨氏模量的值） |
| 塑性曲线 | 连续、分段线性 |
| 塑性模型 | 各向同性、运动学、Johnson-Cook、用户 |
塑性应变和屈服应力
塑性应变是指应力消除后残留的永久变形。它通常与时间和速率相关。在用于模拟和建模的软件 Abaqus 中，塑性应变是定义金属屈服后行为的关键因素。
在 Abaqus 中定义塑性行为时，提供正确的应力-应变数据至关重要，尤其是在大应变情况下。Abaqus 中的 *PLASTIC 选项允许用户通过将真实应力指定为真实塑性应变的函数来定义大多数金属的屈服后行为。第一个数据对定义初始屈服应力，相应的初始塑性应变为零。然后，Abaqus 将这些数据对用直线段连接起来，形成连续的分段线性塑性曲线。
在 Abaqus 中，屈服应力的起始点并不总是清晰可见，尤其对于延性材料而言，除非是具有屈服下限和上限的碳钢。Rp0.2 准则就是为了解决这个问题而发明的，因为屈服起始点在应力-应变曲线上并不是一个明确的点。
塑性应变对于确定管道卷绕效果也至关重要，因为在卷绕-放卷循环过程中会发生循环弯曲塑性应变。累积塑性应变会影响材料性能、韧性以及应力腐蚀开裂敏感性。为了确保材料的性能，建议限制累积塑性应变，并进行应变时效和韧性测试。
总而言之，塑性应变和屈服应力是密切相关的概念，塑性应变是指应力消除后发生的永久变形，而屈服应力是指材料屈服并塑性变形的点。Abaqus 提供了定义和分析这些行为（尤其是在金属领域）的工具，以确保准确的模拟和明智的工程决策。
塑性应变和总应变
塑性应变是一种永久变形，即使在应力消除后仍会存在。它通常与时间和速率相关。在 Abaqus 中，*PLASTIC 选项用于定义大多数金属的屈服后行为。PLASTIC 选项中的数据对将真实应力定义为真实塑性应变的函数。第一个数据对定义了初始屈服应力和相应的初始塑性应变，该值必须为零。
另一方面，总应变达到最大值后会回归为零。在 Abaqus 中，必须将总应变值分解为弹性应变和塑性应变分量。塑性应变是通过从总应变值中减去弹性应变（定义为真实应力除以杨氏模量）得到的。
值得注意的是，塑性应变和总应变之间的关系并不总是简单的。虽然通常认为总应变越大，塑性应变也越大，但这种说法仅适用于单轴拉伸试验的结果，可能不适用于碰撞模拟或其他复杂场景。
总而言之，在使用 Abaqus 建模和分析各种条件下材料的行为时，理解塑性应变和总应变之间的区别至关重要。通过正确解读结果并考虑每种应变的独特特性，工程师可以对不同材料的性能和局限性做出更明智的决策和预测。
塑性应变和真应力
塑性应变是指材料在受力时发生的永久变形。与弹性变形（材料在应力消除后会恢复到原始形状）不同，塑性变形会导致持久的变化。这种区别在工程应用中至关重要，因为表现出显著塑性变形的材料可能不适合某些结构作用。
另一方面，真实应力是材料实际承受的应力的量度，其中考虑了由于变形而导致的横截面积减小。当材料被拉伸或压缩时，其横截面积会发生变化，从而影响材料内部的应力分布。真实应力考虑了这些变化，比工程应力（假设原始横截面积恒定）更能准确地表示应力状态。
在流行的工程仿真软件 Abaqus 中，真实应力与塑性应变之间的关系对于准确模拟材料行为至关重要。Abaqus 允许用户使用 *PLASTIC 选项定义金属的屈服后行为。通过输入真实应力和真实塑性应变的数据对，Abaqus 可以构建分段线性塑性曲线，该曲线与材料的实际行为非常接近。这条曲线对于预测材料在不同载荷条件下的响应至关重要。
在 Abaqus 中定义塑性的过程涉及几个步骤。首先，用户必须使用适当的公式将名义应力和应变值转换为真实应力和真实应变值。然后，通过将塑性应变与总应变和弹性应变关联起来，可以确定塑性应变。最后，将真实应力-真实塑性应变数据对输入 Abaqus，使软件能够生成塑性曲线。需要注意的是，输入数据必须准确地反映材料的行为，尤其是在模拟大应变时，以确保可靠的模拟结果。
塑性应变和名义应力
塑性是一种材料行为，由试样的几何形状、试验本身的性质以及所使用的应力和应变测量方法引起。材料的塑性行为由其屈服点和屈服后硬化来描述。在材料的应力-应变曲线上，从弹性行为到塑性的转变发生在某个点，该点称为弹性极限或屈服点。屈服点处的应力称为屈服应力。对于大多数金属而言，初始屈服应力是材料弹性模量的0.05%至0.1%。金属在达到屈服点之前的变形仅产生弹性应变，如果移除施加的载荷，这些应变会完全恢复。但是，一旦金属中的应力超过屈服应力，就会开始发生永久性（塑性）变形。
塑性应变是通过从总应变值中减去弹性应变（定义为真实应力除以杨氏模量）得到的。塑性应变值并非在所有屈服应力值下都始终为零，因为它会随温度而变化。ABAQUS 中表格数据的第一个点必须始终是与零塑性应变相关的屈服应力。
在 ABAQUS 中定义塑性数据时，必须使用真实应力和真实应变。ABAQUS 需要这些值来正确解释输入文件中的数据。然而，材料试验数据通常使用名义应力和名义应变值。在这种情况下，必须将塑性材料数据从名义应力和名义应变转换为真实应力和真实应变。真实应变与名义应变之间的关系可以通过将名义应变表示为 ε = ln(1 + ε') 来建立。真实应力与名义应力之间的关系可以通过考虑塑性变形的不可压缩性质并假设弹性体积变形可忽略不计来建立：σ = E ε。
流动曲线，即真实应力与真实塑性应变图，是理解和预测材料塑性变形行为的基础。拉伸试验是从标称应力-应变曲线中提取真实应力和真实塑性应变的经典方法。真实应力由标称应力和标称应变计算得出，假设体积恒定。真实应力通常假设体积恒定，并忽略弹性体积变化。对于强度相对较低、体积模量较高的材料（例如普通低碳钢），这是一个很好的近似值。
塑性应变和弹性应变
ABAQUS 中的塑性由真实应力与名义应力和应变之间的关系定义。ABAQUS 中的 PLASTIC 选项定义了大多数金属的屈服后行为，其中第一个数据对定义了初始屈服应力和相应的初始塑性应变（该应变必须为零）。塑性应变是通过从总应变值中减去弹性应变得到的。
弹性应变和塑性应变是指工程应用中发生的不同类型的变形。变形是指物体尺寸或形状的变化，可以是弹性的，也可以是塑性的。弹性变形发生在施加的应力不超过破坏分子键所需的能量时，材料可以可逆地变形，并在应力消除后恢复到原始形状。这被称为杨氏模量。应力和应变之间的关系在屈服点之前通常是线性且可逆的，变形是弹性的。
当应力超过弹性极限时，就会发生塑性变形，导致材料发生不可逆变形，即使载荷移除也无法恢复到原来的形状和尺寸。这被称为塑性区域，塑性行为在断裂点终止。延展性材料（例如金属）的应力会随着应变的增加而逐渐下降，这意味着当应力-应变值接近断裂点时，它们更容易变形。
在 ABAQUS 中，用户必须输入一个确定的屈服应力，以便程序能够清晰区分弹性变形和塑性变形。这对于准确模拟材料行为至关重要。
