连载（81）：应力松弛和Abaqus软件中的定义方法
应力松弛是指材料在保持恒定应变的情况下，其内部应力随时间逐渐降低的现象。这种现象常见于粘弹性材料（如橡胶、塑料）或高温下的金属材料，是材料流变特性的体现。例如，密封垫片在长期受压后，即使变形不变，其紧固力（应力）也会逐渐减小，导致密封失效。应力松弛与蠕变不同，后者是恒定应力下应变随时间增加。
在Abaqus中模拟应力松弛，需结合材料的时间相关本构模型（如粘弹性或蠕变模型）和适当的分析设置。以下是具体步骤及注意事项：
1. 定义材料属性
- 粘弹性模型（推荐用于高分子材料）：
- 在Property模块中，创建材料时选择 Mechanical→ Elasticity → Viscoelastic。
- 使用Prony级数描述松弛行为，输入参数：
- g_i（剪切模量比例）、k_i（体积模量比例）、τ_i（松弛时间）。
- 参数需通过实验数据拟合获得（如应力松弛试验）。
- 示例：若材料为线粘弹性，选择“Time Domain”并输入Prony级数项。
2. 设置分析步
- 在Step模块中，创建 Static, General分析步（或 Visco分析步）。
- 时间参数：
- 总时间设置为松弛过程持续时间（如1000秒）。
- 时间增量需足够小（如初始增量0.1，最大增量10），以保证收敛。
- 几何非线性：
- 若涉及大变形，勾选 Nlgeom（几何非线性）。
3. 定义边界条件与载荷
- 在Load模块中，施加恒定应变：
- 使用位移/旋转边界条件固定试件一端，另一端施加瞬时位移（模拟初始应变）。
- 通过幅值曲线（Amplitude）定义加载方式：选择 Tabular 或 Instantaneous，使位移在初始时刻突加后保持恒定。
4. 网格划分与求解
- 划分适当网格，确保关键区域（如应力集中处）细化。
- 提交作业并监控求解过程，检查是否有收敛问题（可调整时间增量或粘弹性参数）。
5. 后处理
- 在Visualization模块中查看应力随时间的变化曲线，验证应力是否逐渐降低。
- 提取特定节点/单元的应力-时间数据，定量评估松弛速率。
注意事项
- 单位一致性：材料参数（如松弛时间τ）与分析步时间单位需统一（秒、小时等）。
- 温度效应：高温松弛需定义温度相关材料属性，或耦合热-力分析。
- 实验标定：Prony级数或蠕变参数需通过实验标定，确保模型准确性。
- 时间步长：过大的时间步可能导致结果不准确，建议进行步长敏感性分析。
通过上述步骤，可在Abaqus中有效模拟应力松弛过程，为工程寿命预测和材料设计提供依据。
