非线性本构关系在ABAQUS中的实现

新材料、新技术和新结构的产生刺激着本构关系的发展。借助大型有限元ABAQUS平台和用户子程序UMAT，展示非线性本构关系及其有限元应用的近期新研究成果，激发非线性本构关系发展和应用的创新思维。本书将材料学、力学和机械工程相关基础理论、专业知识与工程实践紧密结合，秉承从易到难，由浅入深的原则，对非线性本构关系的基础理论、有限元实现和应用进行全面介绍。

康国政，男，1969年出生，固体力学博士，西南交通大学首席教授，博士生导师。中组部“万人计划”科技创新领军人才，教育部“长江学者”特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者，科技部中青年科技创新领军人才，享受国务院政府特殊津贴专家，德国“洪堡学者”，四川省学术与技术带头人，教育部新世纪优秀人才，霍英东教育基金会优秀青年教师基金和四川省杰出青年学科带头人培养基金获得者，四川省有突出贡献的优秀专家，教育部力学类专业指导委员会委员。主要研究方向为优选材料的循环本构关系、疲劳和断裂，主持重量项目8项、省部级项目10余项；获教育部自然科学二等奖1项、重量教学成果二等奖1项；发表学术论文300余篇，其中，SCI论文200余篇，SCI他引2000余次，2014-2018年连续5年入选Elsevier中国高被引学者榜单（材料力学）；出版中、英文专著各1部，研究生教材3部；现为国际疲劳杂志（Int.J.Fatigue）共同主编。

第1章 绪论：非线性本构关系简介
1.1 本构关系概述
1.1.1 本构关系的含义
1.1.2 本构关系的分类
1.1.3 本构原理
1.2 本构关系的两种形式
1.2.1 全量型本构关系
1.2.2 增量型本构关系
1.3 本构关系的张量表示
1.4 非线性求解策略
1.4.1 直接迭代法
1.4.2 Newton-Raphson迭代法
1.4.3 增量法
1.5 本构关系的有限元实现过程
1.5.1 有限元法简介
1.5.2 有限元分析的基本步骤
1.6 ABAQUS用户材料子程序接口
1.6.1 UMAT简介
1.6.2 输入文件INP格式
参考文献
第2章 非线性弹性本构关系
2.1 非线性弹性本构关系简介
2.2 本构方程
2.3 有限元实现格式
2.3.1 增量形式的本构方程
2.3.2 一致性切线模量推导
2.4 材料参数确定
2.5 单元验证
2.5.1 有限元模型
2.5.2 结果分析
2.5.3 UMAT代码和INP文件
2.5.4 材料参数和状态变量声明
2.6 应用实例
2.6.1 问题描述
2.6.2 有限元模型
2.6.3 结果分析
2.6.4 INP文件
参考文献
第3章 黏弹性本构模型
3.1 流变学基础
3.2 本构方程
3.3 有限元实现格式
3.3.1 增量形式的本构方程
3.3.2 一致性切线模量推导
3.3.3 比能量
3.4 材料参数确定
3.5 单元验证
3.5.1 有限元模型
3.5.2 结果分析
3.5.3 INP文件模板
3.5.4 材料参数和状态变量声明
3.6 黏弹性材料的压痕分析
3.6.1 压痕有限元模型
3.6.2 结果分析
3.6.3 INP输入文件
参考文献
第4章 弹塑性本构关系
4.1 弹塑性本构关系简介
4.1.1 基本概念介绍
4.1.2 屈服准则
4.2 本构方程
4.2.1 各向同性硬化
4.2.2 随动硬化
4.2.3 混合硬化
4.3 有限元实现格式
4.3.1 增量形式的本构方程
4.3.2 一致性切线模量推导
4.4 材料参数确定
4.5 单元验证
4.5.1 有限元模型
4.5.2 结果分析
4.5.3 INP文件模板
4.5.4 材料参数和状态变量声明
4.6 应用实例
4.6.1 问题描述
4.6.2 有限元模型
4.6.3 结果分析
4.6.4 INP文件
参考文献
第5章 黏塑性本构关系
5.1 黏塑性本构关系简介
5.2 本构方程
5.3 有限元实现格式
5.3.1 增量形式的本构方程
5.3.2 一致性切线模量推导
5.4 材料参数确定
5.5 单元验证
5.5.1 有限元模型
5.5.2 结果分析
5.5.3 INP文件模板
5.5.4 材料参数和状态变量声明
5.6 应用实例
5.6.1 问题描述
5.6.2 有限元模型
5.6.3 结果分析
5.6.4 INP文件模板
参考文献
第6章 超弹性本构关系
6.1 超弹性本构关系简介
6.2 本构方程
6.2.1 弹性本构方程
6.2.2 相变应变演化律
6.3 有限元实现格式
6.3.1 增量形式的本构方程
6.3.2 一致性切线模量推导
6.4 材料参数确定
6.5 单元验证
6.5.1 有限元模型
6.5.2 结果分析
6.5.3 UMAT代码和INP文件
6.5.4 材料参数和状态变量声明
6.6 应用实例
6.6.1 问题描述
6.6.2 有限元模型
6.6.3 结果分析
6.6.4 INP文件
参考文献
第7章 循环弹塑性本构关系
7.1 本构方程
7.1.1 应变分解
7.1.2 屈服函数
7.1.3 流动准则
7.1.4 硬化准则
7.2 有限元实现格式
7.2.1 本构方程离散
7.2.2 塑性乘子推导
7.2.3 一致性切线刚度模量推导
7.3 材料参数确定
7.4 单元验证
7.4.1 有限元模型
7.4.2 结果分析
7.4.3 UMAT代码和INP文件
7.4.4 材料参数和状态变量声明
7.5 薄壁圆管多轴循环变形有限元分析
7.5.1 有限元模型
7.5.2 结果分析
7.5.3 INP文件
参考文献
第8章 循环黏塑性本构关系
8.1 循环黏塑性本构关系简介
8.2 有限元实现格式
8.2.1 本构方程离散
8.2.2 隐式应力积分方法
8.2.3 一致性切线模量推导
8.3 材料参数确定
8.4 单元验证
8.4.1 验证结果
8.4.2 UMAT程序和INP文件
8.4.3 材料参数和状态变量声明
8.5 缺口圆棒循环黏塑性变形预测
8.5.1 有限元模型
8.5.2 模拟结果
8.5.3 INP文件
参考文献
第9章 热力耦合循环塑性本构关系
9.1 热力耦合循环塑性模型
9.1.1 本构方程
9.1.2 热平衡方程
9.1.3 温度相关演化方程
9.2 有限元实现格式
9.2.1 增量形式的本构方程
9.2.2 隐式应力积分
9.2.3 加速算法
9.2.4 一致性切线模量推导
9.3 材料参数
9.4 模型验证
9.4.1 热致颈缩行为模拟
9.4.2 UMAT代码和INP文件
9.4.3 材料参数和状态变量声明
9.5 位移控制循环变形行为模拟
9.5.1 有限元分析
9.5.2 INP文件
参考文献
第10章 耦合损伤循环塑性本构关系
10.1 本构方程
10.1.1 主控方程
10.1.2 随动硬化律
10.1.3 损伤演化律
10.2 有限元实现格式
10.2.1 增量形式的本构方程
10.2.2 一致性切线模量推导
10.3 材料参数确定
10.3.1 本构模型参数
10.3.2 损伤演化参数
10.4 单元验证
10.4.1 有限元模型
10.4.2 结果分析
10.4.3 UMAT代码和INP文件
10.4.4 材料参数和状态变量声明
10.5 轮轨二维滚动接触损伤有限元分析
10.5.1 模型简化
10.5.2 有限元模型
10.5.3 结果分析
10.5.4 INP文件
参考文献
第11章 大变形弹塑性循环本构关系
11.1 本构方程
11.1.1 运动学关系
11.1.2 对数应力率
11.1.3 主控方程
11.1.4 演化方程
11.2 有限元实现格式
11.2.1 本构方程离散
11.2.2 隐式应力积分
11.2.3 一致性切线模量
11.3 模型验证
11.3.1 有限元模型
11.3.2 材料参数
11.3.3 单轴拉伸真应力应变曲线模拟
11.4 循环应力应变曲线模拟
11.4.1 有限元模型
11.4.2 模拟结果
11.4.3 UMAT代码和INP文件
参考文献
第12章 晶体塑性循环本构关系
12.1 晶体学相关概念
12.1.1 晶体取向
12.1.2 晶面指数和晶向指数
12.1.3 滑移系
12.1.4 单晶体的滑移定律
12.2 面心立方多晶循环塑性本构模型
12.2.1 晶体塑性单晶循环塑性本构模型
12.2.2 尺度过渡准则
12.3 本构模型的有限元实现
12.3.1 简化晶体塑性本构模型
12.3.2 本构模型的有限元离散
12.3.3 ABAQUS用户材料子程序UMAT
12.3.4 UMAT材料参数和状态变量声明
12.4 轧制5083H111铝合金板材的有限元模型
12.4.1 二维Voronoi模型
12.4.2 晶粒取向效应的引入
12.4.3 单元选择
12.4.4 边界条件
12.4.5 材料参数确定
12.4.6 有限元网格
12.4.7 模拟结果与讨论
12.4.8 UMAT代码和INP文件
参考文献
第13章 应变梯度塑性本构模型
13.1 基于细观机制的MSG本构理论
13.1.1 Taylor位错密度和实验规律
13.1.2 理论动机
13.1.3 基本假设
13.1.4 本构方程
13.2 有限元实现格式
13.2.1 UEL子程序介绍
13.2.2 UEL关键变量定义
13.2.3 UEL调用
13.2.4 UEL实现
13.2.5 材料参数声明
13.3 MSG理论有限元应用
13.3.1 微柱拉伸有限元模拟验证
13.3.2 纳米压痕有限元模型
13.3.3 UEL代码和INP文件
参考文献