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隨著纖維增強復合材料在航空航天以及其他領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，對其力學性能的研究不斷深入，以滿足安全、合理和有效地使用復合材料的要求。大量的試驗結(jié)果表明，單向纖維增強復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行為。一般認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，確立準確且實用的本構(gòu)關(guān)系對于精確評估復合材料的損傷、強度和耐久性等問題至關(guān)重要。
有限元分析法是當今使用最廣的一種數(shù)值方法，它幾乎可適用于所有的計算領(lǐng)域，如彈塑性力學、斷裂力學、流體力學及熱傳導計算等。將有限元數(shù)值技術(shù)用于復合材料研發(fā)和復合材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計是目前復合材料及其相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計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。
姜云鵬等對復合材料開口補強層合板進行了壓縮試驗研究，利用非線性分析方法對復合材料的應(yīng)力－應(yīng)變響應(yīng)進行了模擬，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展。李俊等基于二維編織Ｃ／ＳｉＣ復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，并分析計算了復合材料層合板結(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中進行了二次開發(fā)，對單軸壓縮試驗和圓形硐室問題進行了彈塑性分析。黃富華等通過ＡＢＡＱＵＳ用戶子程序和腳本語言的編寫對復雜的均勻化方程進行了便捷求解，從而對具有周期性構(gòu)造的復合材料的有效性能進行了預(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漸進失效分析模型。
然而，由于復合材料的非均質(zhì)性、各向異性、耦合效應(yīng)以及層間剪切等特殊性質(zhì)，導致了描述復合材料非線性本構(gòu)理論本身的復雜性及多樣性，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)展豐富且實用的非線性材料庫不僅能為利用通用有限元軟件對復雜的非線性問題進行便捷求解提供理論依據(jù)，也成為了結(jié)構(gòu)強度分析與仿真技術(shù)等工程實踐中的主體內(nèi)容。
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