ABAQUS笔记-织物材料

CAEer吴皓 2023年9月4日浏览：1312 收藏：7

概述

织物材料模型特性

是各向异性和非线性的；
是一个唯象模型，捕捉由纱线制成的机织织物在纬向和经向方向上的力学响应；
适用于具有两个“结构性”方向的材料，这两个方向在变形时可能不会彼此正交；
将局部织物应力定义为纤维之间角度变化（剪切应变）和沿纱线方向的名义应变的函数；
允许基于试验数据或通过用户子程序 VFABRIC 来计算局部织物应力，该子程序可用于定义一个复杂的本构模型；
要求在分析步骤中（通用和摄动程序）考虑几何非线性，因为它适用于有限应变应用。

基于试验数据定义的织物材料模型功能

假设沿纬向和经向的响应彼此独立，剪切响应与经纬线方向上的直接响应也是独立的；
可以包括单独的加载和卸载响应；
可以表现出非线性弹性行为、损伤弹性行为或在完全卸载后具有永久变形的弹塑性行为；
可以产生大的拉伸和剪切应变的弹性变形；
可以具有依赖于温度和/或其他场变量的性质。

织物材料行为

编织织物在各种工程应用和多个行业中有广泛用途，包括如汽车安全气囊、柔性结构（如帆船帆和降落伞）、复合材料中的增强材、建筑屋顶结构的建筑表现、军队、警察和其他安全机构的防护马甲，以及飞机机身周围的保护层。

编织织物由经线和纬线组成的纱线编织而成。纱线在编织过程中上下穿过交叉纱线而呈波状或弯曲。织物的非线性力学行为来自不同的来源：单根纱线的非线性响应、纬纱和经纱在拉伸时卷曲的交换、纱线之间的横向接触和摩擦以及经纱之间的接触和摩擦。一般而言，织物只在受拉伸的经纬方向上表现出显著的刚度。由于卷曲交换，纬向和经向的拉伸响应可能会耦合。在面内剪切变形下，纬线和经线方向的纱线相对于彼此旋转。由于纱线之间在每个方向上形成侧向接触，因此阻力随着剪切变形而增加。织物在弯曲和面内压缩方面的刚度通常可以忽略不计。

Abaqus/Explicit中对织物的行为进行现象学建模，以捕捉织物的非线性各向异性行为。给定织物的平面运动状态是根据面内经纬方向的名义直接应变和两个纱线方向之间的角度来描述的。材料正交基和纱线的局部方向如图 1 所示，用参考和变形构型进行了说明。

ABAQUS笔记-织物材料的图1

图 1.织物运动学

工程名义剪切应变 $\gamma_{12}$ 定义为从参考构型到变形构型过程中两个纱线方向之间角度 $\psi_{12}$ 的变化。在变形构型中，沿着纱线方向 $n_1$ 和 $n_2$ 的名义应变是根据各自的纱线拉伸值 $\lambda_1$ 和 $\lambda_2$ 计算的。相应的名义应力分量 $T_{11}$ 、 $T_{22}$ 和 $T_{12}$ 定义为上述名义应变的功共轭。Abaqus将织物名义应力 $T$ 转换为Cauchy应力 $\sigma$ ，并计算随后由织物变形产生的内力。可以获得织物名义应变、织物名义应力和常规Cauchy应力的输出。Cauchy应力 $\sigma$ 和名义应力 $T$ 之间的关系是

$J\sigma = \lambda_1 T_{11} n_1 n_1 + \lambda_2 T_{22} n_2 n_2 + T_{12} \text{csc}(\psi_{12}) (n_1 n_2 + n_2 n_1) - T_{12} \text{cot}(\psi_{12}) (n_1 n_1 + n_2 n_2),$ 其中 $J$ 是体积雅克比。

可以使用实验数据或用户子程序 VFABRIC 来描述 Abaqus/Explicit 的织物材料模型，提供名义织物应力作为名义织物应变的函数。用户子程序允许构建一个复杂的材料模型，同时考虑织物结构参数（如纱线间距、纱线横截面形状等）和纱线材料性质。基于试验数据的织物模型做了一些简化假设，但允许包括能量损失的非线性响应。下面详细介绍了这两种模型。两种模型都只以模糊的方式捕捉织物在压缩下的皱褶。

无论是实验数据还是用户子程序VFABRIC，都可以用来描述Abaqus/Explicit织物材料模型的特征，提供名义织物应力作为名义织物应变的函数。用户子程序允许构建复杂的材料模型，同时考虑织物结构参数(如纱线间距、纱线横截面形状等)和纱线材料特性。基于试验数据的织物模型做了一些简化的假设，但允许包括能量损失在内的非线性响应。下面详细介绍了这两个模型。这两个模型都只是以一种模糊的方式捕捉到了织物在压缩下的起皱。

基于试验数据的织物材料

基于试验数据的织物材料模型假设，纬线和经线方向的响应相互独立，剪切响应独立于沿纱线的直接响应。因此，每个分量方向的织物应力响应仅依赖于该分量中的织物应变。因此，织物的整体行为由三个独立的分量方向响应组成：即，纬线纱对纬线纱名义应变的直接响应，经线纱对经线纱名义应变的直接响应，以及两纱线之间角度变化的剪切响应。

在每个分量中，须提供定义织物响应的试验数据。为了完全定义织物的响应，试验数据必须涵盖以下所有属性：

在一个分量内，可以分别为拉伸方向和压缩方向定义织物响应的测试数据。
在一个变形方向（拉伸或压缩）内，可以同时提供加载和卸载试验数据。
加载和卸载的试验数据可以根据三种可用的行为类型进行分类：非线性弹性行为、损伤弹性行为或具有永久变形的弹塑性行为。行为类型决定了织物如何从其加载响应过渡到其卸载响应。

在弹性应变中，特定分量中的试验数据也可以是速率依赖的。当需要分开的加载和卸载路径时，必须单独给出两个变形方向（拉伸和压缩）的试验数据。要不然，拉伸和压缩的数据可以在一个表中给出。

    输入文件用法：

使用以下选项使用试验数据定义织物材料：

*FABRIC*UNIAXIAL, COMPONENT=component*LOADING DATA, DIRECTION=deformation direction, TYPE=behavior typedata lines to define loading data*UNLOADING DATAdata lines to define unloading data

在 *FABRIC 下面重复所有选项，以考虑每个分量和变形方向。

在分量方向上指定单轴变形行为

在三个分量方向中，都可以提供独立的加载和卸载试验数据。这些分量对应于纬线纱方向的响应、经线纱方向的响应和剪切响应。

输入文件用法：

Use the following option to define the response along the fill yarn direction:
*UNIAXIAL, COMPONENT=1
Use the following option to define the response along the warp yarn direction:
*UNIAXIAL, COMPONENT=2
Use the following option to define the shear response:
*UNIAXIAL, COMPONENT=SHEAR

定义变形方向

通过指定变形方向，可以分别定义拉伸和压缩试验数据。如果定义了变形方向（拉伸或压缩），则表格定义拉伸或压缩行为的值应指定为指定构件中的应力和应变的正值，并且加载数据必须从原点开始。如果在某个加载方向上未定义行为，那么该方向上的应力响应将为零（该织物在该方向上没有抗力）。

如果未定义变形方向，数据将适用于拉伸和压缩。然而，变形行为则被认为是非线性的弹性变形，不能指定卸载响应。如果省略了拉伸或压缩数据，测试数据将被认为是关于原点对称的。

    输入文件用法：

Use the following option to define tensile behavior:
*LOADING DATA, DIRECTION=TENSION
Use the following option to define compressive behavior:
*LOADING DATA, DIRECTION=COMPRESSION
Use the following option to define both tensile and compressive behavior in a single table:
*LOADING DATA

压缩行为

通常，织物材料在压缩下没有明显的刚度。为了防止起皱单元在压缩载荷下坍塌，规定的应力-应变曲线应具有非零的压缩刚度，特别是在较大的压缩应变下。

定义织物材料的加载/卸载分量响应

要定义加载响应，可以将织物应力指定为织物应变的非线性函数。这个函数还可以依赖于温度和场变量。

卸载响应可以用以下不同的方式定义:

可以指定若干条卸载曲线，将织物应力表示为织物应变的非线性函数;Abaqus对这些曲线进行内插，以创建一条通过分析中卸载点的卸载曲线。可以指定能量耗散因子(对于具有永久变形的模型，还可以指定永久变形因子)，Abaqus将据此计算二次卸载函数。
可以指定能量耗散因子(对于具有永久变形的模型，可以指定永久变形因子)，Abaqus将据此计算指数卸载函数。
可以指定织物应力为织物应变的非线性函数，以及过渡斜率;织物沿着指定的过渡斜率进行卸载，直到与指定的卸载函数相交，此时织物根据函数进行卸载(这种卸载定义称为组合卸载)。
可以将织物应力指定为织物应变的非线性函数;Abaqus沿着应变轴移动指定的卸载函数，使其通过分析中的卸载点

为织物指定的行为类型决定了可以定义哪种类型的卸载，如表1所总结。不同的行为类型以及相关的加载和卸载曲线将在后续部分中更详细地讨论。

表1. 织物行为类型的可用卸载定义

材料行为类型	卸载定义
	插值	二次	指数	结合	移动（shifted）
非线性弹性（仅速率依赖）	√
损伤弹性	√	√	√	√
永久变形	√	√	√		√

定义非线性弹性行为

定义非线性弹性行为弹性行为可以是非线性的，也可以是速率相关的。当加载响应与速率相关时，还可以指定单独的卸载曲线。但其中，卸载响应不必是速率相关的。

定义与速率无关的弹性

定义与速率无关的弹性当加载响应与速率无关时，卸载响应也是与速率无关的，并且沿着图2所示的相同的用户指定加载曲线发生。卸载曲线不需要指定。

ABAQUS笔记-织物材料的图2

图2. 非线性弹性与速率无关的加载。

输入文件用法：

*LOADING DATA, TYPE=ELASTIC

定义与速率相关的弹性

当弹性响应与速率相关时，加载和卸载曲线都可以指定。载数据可以是速率无关的，也可以是速率相关的，并且必须在单个表中指定；也就是说，只允许一个卸载数据定义。如果未指定卸载数据，则卸载沿着指定的具有最小变形速率的加载曲线进行。

使用基于粘塑性正则化的技术防止了由于变形速率的突然改变而导致的应力中的非物理跳跃。该技术还有助于以非常简单的方式模拟松弛效应，其中松弛时间由公式 $\tau = \mu_0 + \mu_1 |\lambda - 1|^\alpha$ 给出，其中 $\mu_0$ , $\mu_1$ , 和 $\alpha$ 是材料参数， $\lambda$ 是伸长率。 $\mu_0$ 是一个线性粘度参数，用于控制当 $\lambda \approx 1$ 时的松弛时间。此参应使用小值；建议值为0.0001s。 $\mu_1$ 是一个非线性粘度参数，用于控制在 $\lambda$ 为较高值时的松弛时间。该值越小，松弛时间越短。建议的值为0.005s。 $\alpha$ 控制松弛速度对织物应变分量的灵敏度。图3说明了在以 $\dot{\varepsilon}^l_{2}$ 的速率加载并以 $\dot{\varepsilon}^u_{2}$ 的速率卸载时的加载/卸载行为。

ABAQUS笔记-织物材料的图3

图3. 与速率有关的加载/卸载。

卸载路径是通过插值指定的卸载曲线来确定的。即使加载响应与速率有关，卸载也不必与速率有关。当卸载与速率有关时，任何给定的分量应变和应变速率下的卸载路径是通过插值指定的卸载曲线来确定的。

输入文件用法:

Use the following options when the unloading is also rate dependent:*LOADING DATA, TYPE=ELASTIC, RATE DEPENDENT,DIRECTION*UNLOADING DATA, DEFINITION=INTERPOLATED CURVE,RATE DEPENDENT
Use the following options when the unloading is rate independent:*LOADING DATA, TYPE=ELASTIC, RATE DEPENDENT,DIRECTION*UNLOADING DATA, DEFINITION=INTERPOLATED CURVE

定义损伤模型

损伤模型在卸载过程中耗散能量，并且完全卸载时不存在永久变形。可以通过定义应变上限来指定损伤的起始点，即材料在卸载过程中不会回到加载曲线。

卸载行为控制了由损伤机制耗散的能量量，可以通过以下几种方式之一来指定：

解析卸载曲线（指数/二次方）；
从多个用户指定的卸载曲线中插值得到的卸载曲线；
沿着过渡卸载曲线（用户指定的恒定斜率）到用户指定的卸载曲线（组合卸载）。
输入文件用法:

Use the following options to define damage with quadratic unloading behavior:*LOADING DATA, TYPE=DAMAGE, DIRECTION*UNLOADING DATA, DEFINITION=QUADRATIC
Use the following options to define damage with exponential unloading behavior:*LOADING DATA, TYPE=DAMAGE, DIRECTION*UNLOADING DATA, DEFINITION=EXPONENTIAL
Use the following options to define damage with an interpolated unloading curve:*LOADING DATA, TYPE=DAMAGE, DIRECTION*UNLOADING DATA, DEFINITION=INTERPOLATED CURVE
Use the following options to specify damage with combined unloading behavior:*LOADING DATA, TYPE=DAMAGE, DIRECTION*UNLOADING DATA, DEFINITION=COMBINED

定义损伤起始点

通过定义一个应变上限来指定损伤的起始点，在该应变值以上，材料在卸载过程中不会回到其加载曲线。

    输入文件用法:

*LOADING DATA, TYPE=DAMAGE,  DAMAGE ONSET=value

指定指数/二次卸载

图4中的损伤模型基于一个由能量耗散因子 ( H )（在任何应变水平下耗散的能量的比例）推导出的解析卸载曲线。当织物沿着某一分量被加载时，应力沿着加载曲线给出的路径进行。如果织物沿着某一分量被卸载（例如，在点B处），则应力沿着卸载曲线 ( BCO ) 进行。卸载后重新加载遵循卸载曲线OCB，直到加载使应变大于 $\varepsilon^{max}_{B}$ ，之后加载路径将遵循加载曲线(指BD段)。图4中的箭头说明了该模型的加载/卸载路径。

ABAQUS笔记-织物材料的图4

图4. 指数/二次卸载。

当计算的卸载曲线位于加载曲线之上以防止能量产生时，卸载响应遵循加载曲线;当卸载曲线产生负响应时，卸载响应遵循零应力响应。在这种情况下，耗散的能量将小于能量耗散因子规定的值。

指定内插曲线卸载

图5中的损伤模型说明了基于多个卸载曲线的插值卸载响应，这些曲线在应力/应变增加值处与主加载曲线相交。可以根据需要指定尽可能多的卸载曲线来定义卸载响应。每个卸载曲线总是从0点开始，即零应力和零应变点，因为损伤模型不允许任何永久变形。卸载曲线以归一化形式存储，以便它们在单位应力下与单位应变的加载曲线相交，插值则发生在这些归一化曲线之间。如果卸载发生在没有指定卸载曲线的最大应变处，则从邻近的卸载曲线中插值卸载。当织物构件被加载时，应力遵循加载曲线给出的路径。如果织物被卸载（例如，在点B处），应力遵循卸载曲线BCO。卸载后再加载沿着卸载路径OCB，直到加载使应变比 $\varepsilon^{max}_{B}$ 为止，之后加载路径遵循加载曲线。

ABAQUS笔记-织物材料的图5

图5 插值曲线卸载。

卸载曲线也具有与加载曲线相同的温度和场变量依赖关系。

指定组合卸载

在图6中展示了，除了加载曲线 OABD，您还可以指定一个卸载曲线 OCE，以及一个连接加载曲线和卸载曲线的恒定过渡斜率。当织物被加载时，应力会沿着加载曲线给出的路径变化。如果在点B处对织物进行卸载，应力将沿着卸载曲线 BCO 的路径变化。路径 BC 由恒定的过渡斜率定义，而 CO 位于指定的卸载曲线上。在卸载后重新加载会沿着卸载路径 OCB，直到加载使得应变大于

\varepsilon^{max}_{B}

，之后的加载路径将遵循加载曲线。

ABAQUS笔记-织物材料的图6

图6 组合卸载

卸载曲线也具有与加载曲线相同的温度和场变量依赖性。

定义具有永久变形的模型

这些模型在卸载时耗散能量，并在完全卸载后表现出永久变形。可以通过定义沿着加载曲线发生卸载的应变来指定永久变形的开始。

卸载行为控制能量耗散的量以及永久变形的量。卸载行为可以通过以下几种方式之一来指定：

解析卸载曲线（指数/二次方）；
从多个用户指定的卸载曲线中插值得到的卸载曲线；
将用户指定的卸载曲线移动到卸载点得到的卸载曲线。
输入文件用法:

Use the following options to define permanent deformation with quadratic unloading behavior:*LOADING DATA, TYPE=PERMANENT DEFORMATION,DIRECTION*UNLOADING DATA, DEFINITION=QUADRATIC
Use the following options to define permanent damage with exponential unloading behavior:*LOADING DATA, TYPE=PERMANENT DEFORMATION,DIRECTION*UNLOADING DATA, DEFINITION=EXPONENTIAL
Use the following options to define permanent damage with an interpolated unloading curve:*LOADING DATA, TYPE=PERMANENT DEFORMATION,DIRECTION*UNLOADING DATA, DEFINITION=INTERPOLATED CURVE
Use the following options to specify permanent damage with a shifted unloading curve:*LOADING DATA, TYPE=PERMANENT DEFORMATION,DIRECTION*UNLOADING DATA, DEFINITION=SHIFTED CURVE

定义永久变形的起始点

默认情况下，当沿加载曲线遍历时，加载曲线的斜率从记录到该点的最大斜率下降10%时，即获得屈服的起始点。要覆盖确定屈服开始的默认方法，可以指定一个不同于默认值10%（斜率下降=0.1）的加载曲线斜率下降值，或者通过定义沿加载曲线进行卸载的应变值。如果指定了斜率下降值，那么当加载曲线的斜率从该点起到目前为止记录的最大斜率下降至指定因子时，将获得屈服的起始点。

    输入文件用法:

Use the following options to specify the onset of yield by defining the strain below which unloading occurs along the loading curve:*LOADING DATA, TYPE=PERMANENT DEFORMATION,  YIELD ONSET=value
Use the following options to specify the onset of yield by defining a slope drop for the loading curve:*LOADING DATA, TYPE=PERMANENT DEFORMATION,  SLOPE DROP=value

指定指数/二次卸载

图7中的模型说明了一个从能量耗散因子 $H$ （任何应变水平下耗散的能量的比例）和永久形变因子 $D_p$ 导出的解析卸载曲线。当织物组件被加载时，织物应力遵循由加载曲线给出的路径。如果组件被卸载（例如，在点B），应力遵循卸载曲线 ( BCD )。点D对应于永久形变 $D_{p}\varepsilon_{\text{max}B}$ 。卸载后的重新加载遵循卸载曲线 ( DCB )，直到加载使得应变变得大于 $\varepsilon^{\text{max}}_{B}$ ，之后加载路径遵循加载曲线。图7中显示的箭头说明了该模型的加载/卸载路径。

ABAQUS笔记-织物材料的图7

图7 指数/二次卸载

指定内插曲线卸载

图8中的模型展示了基于多个卸载曲线的插值卸载响应，这些卸载曲线在逐渐增加的应力/应变值处与主加载曲线相交。

ABAQUS笔记-织物材料的图8

图8 插值曲线卸载

可以根据需要指定任意多的卸载曲线来定义卸载响应。每条卸载曲线的第一个点定义了织物组件完全卸载时的永久变形。卸载曲线以归一化形式存储，以便它们在单位应变的单位应力处与加载曲线相交，并且在这些归一化曲线之间进行插值。如果卸载发生在没有指定卸载曲线的最大应变处，则卸载将从相邻的卸载曲线中进行插值。当织物被加载时，应力遵循由加载曲线给出的路径。如果织物被卸载（例如，在点B），应力遵循卸载曲线 ( BCD )。卸载后的重新加载遵循卸载路径 ( DCB )，直到加载使得应变变得大于 $\varepsilon^{\text{max}}_{B}$ ，此后加载路径沿加载曲线。。

卸载曲线也具有与加载曲线相同的温度和场变量依赖关系。

指定平移曲线卸载

除了加载曲线外，还可以指定一条经过原点的卸载曲线。实际的卸载曲线是通过水平地移动用户指定的卸载曲线以通过卸载点获得的，如图9所示。在完全卸载时的永久形变是施加于卸载曲线的水平位移。

ABAQUS笔记-织物材料的图9

图9. 平移后的卸载曲线

卸载曲线也具有与加载曲线相同的温度和场变量依赖关系。

在拉伸和压缩中使用不同的单轴模型

在适当的情况下，可以在拉伸和压缩中使用不同的单轴行为模型。例如，在拉伸下的响应可以是具有指数卸载的塑性，而在压缩中的响应可以是非线性弹性（见图10）。

ABAQUS笔记-织物材料的图10

图10. 拉伸和压缩中的不同单轴模型

用户自定义织物材料

织物材料的力学响应取决于多个微观和中观尺度参数，这些参数涵盖了织物结构以及作为纤维束的单个纱线。通常需要一个多尺度模型来跟踪织物的状态及其对载荷的响应。Abaqus 提供了一个专门的用户子程序，即 VFABRIC，以捕获给定变形纱线方向和沿这些方向的应变的复杂织物响应。

使用织物材料时需要密度（Density）。

输入文件用法:

Use the following options to define a fabric material through user subroutine VFABRIC:*MATERIAL, NAME=name *FABRIC, USER*DENSITY

用户自定义织物材料的属性

在用户子程序 VFABRIC 中所需的任何材料常数都必须作为用户自定义织物材料定义的一部分进行指定。即使剩下的力学响应由用户子程序定义，Abaqus 也可用于计算热载荷下的各向同性热膨胀响应。或者，您也可以在用户子程序 VFABRIC 中的力学响应定义内包括热膨胀。

输入文件用法:

Use the following option to define properties for a user-defined fabric material behavior:
*FABRIC, USER, PROPERTIES=number_of_constants

材料状态

许多力学本构模型需要以速率本构形式存储依赖于解的状态变量(塑性应变、“背应力”、饱和值等，或以积分形式编写理论的历史数据)。你应该在相关的材料定义中为这些变量分配存储空间。与用户定义的织物材料相关联的状态变量的数量没有限制。

与 VFABRIC 相关的状态变量可以使用输出标识符 SDV 和 SDVn 输出到输出数据库（.odb）文件和结果（.fil）文件中。

用户子程序 VFABRIC 在每个增量中都会为材料点的块进行调用。当调用该子程序时，会提供增量开始时的状态（局部坐标系中的织物应力，依赖于解的状态变量）。它还提供增量结束时的名义织物应变和增量期间的名义织物应变增量，两者都在局部坐标系中。VFABRIC 用户材料接口在每次调用时都会将一块材料点传递给子程序，这允许对材料子程序进行矢量化。

温度在增量的开始和结束时提供给用户子程序 VFABRIC。温度只作为信息传入，并不能被修改，即使在完全耦合的热-应力分析中也是如此。然而，如果与特定的比热和热导率一起定义了非弹性热分数，在完全耦合的热-应力分析中，由于非弹性能量耗散产生的热流会自动计算。如果用户子程序 VFABRIC在一个显式动态过程中定义一个绝热材料行为（将塑性功转换为热量），则必须将温度存储并集成为用户定义的状态变量。通常，通过指定初始条件（Initial Conditions）提供温度，并在整个分析过程中保持恒定。

使用状态变量从Abaqus/Explicit 网格中删除单元

在Abaqus/显式分析过程中，可以通过用户子程序VEaBRIC控制网格中的元素删除。删除的单元没有承载应力的能力，因此对模型的刚度没有贡献。指定控制元素删除标志的状态变量数。例如，指定状态变量编号为4表示第四个状态变量是VFABRIC中的删除标志，删除状态变量应该在VFABRIC中设置为1或0的值。值为1表示材料点处于活动状态，值为0表示Abaqus/Explicit将应力设置为零，从模型中删除该材料点。在分析过程中，传递给用户子程序VFABRIC的材料点块的结构保持不变;删除的材质点不会从块中移除。Abaqus/Explicit对所有删除的材料点传递零应力和应变增量。一旦一个材质点被标记为删除，它就不能被重新激活。根据材质点状态(活动或删除)从网格中删除元素。由材料失效驱动的元素删除的详细信息请参见材料失效和元素删除。物质点和元素的状态可以分别通过请求输出变量STATUSMP和status来确定。

在Abaqus/Explicit分析过程中，可以通过用户子程序VFABRIC来控制网格中的单元删除。被删除的单元无法承载应力，因此对模型的刚度没有贡献。您需要指定控制单元删除标记的状态变量编号。例如，指定状态变量编号为4意味着第四个状态变量是VFABRIC中的删除标记。在VFABRIC中，删除状态变量应设置为1或0。值为1表示材料点是活动的，而值为0表示Abaqus/Explicit应通过将应力设置为零来从模型中删除该材料点。传递给用户子程序VFABRIC的材料点块的结构在分析过程中保持不变；被删除的材料点不会从块中移除。Abaqus/Explicit为所有被删除的材料点传递零应力和应变增量。一旦一个材料点被标记为已删除，就不能重新激活它。基于材料点状态（活动或已删除）从网格中删除一个单元。可以通过请求输出变量STATUSMP和STATUS分别确定材料点和单元的状态。

输入文件用法:

*DEPVAR, DELETE=variable number

热膨胀

可以定义各向同性热膨胀，以指定膜和厚度方向行为的相同膨胀系数。

给定方向上的弹性伸长 $\lambda^{e\ell}$ 与总拉伸 $\lambda$ 和热拉伸 $\lambda_{th}$ 有关：

$\lambda^{e\ell} = \frac{\lambda}{\lambda^{th}}$ 其中 $\lambda_{th}$ 由下式给出：

$\lambda_{th} = 1 + \varepsilon_{th}$ 其中 $\varepsilon_{th}$ 是该方向上的线性热膨胀应变。

织物厚度

织物的厚度在实验中难以测量。幸运的是，由于使用名义应力（定义为参考配置中单位面积上的力）来表征平面响应，因此并不总是需要精确的厚度值。可以在截面定义上指定初始厚度。只有当材料与壳单元一起使用，并且需要准确捕捉弯曲响应时，才需要精确跟踪厚度随变形的变化。当通过用户子程序VFABRIC定义织物时，可以计算厚度方向的应变增量。对于基于试验数据的织物材料，厚度假定在变形过程中保持不变。对于基于试验数据的织物定义，必须使用截面定义上指定的厚度值，以将实验负载数据（通常以施加在织物单位宽度上的力量形式提供）转换为应力量。

定义参考网格(初始度量)

Abaqus/Explicit 允许为使用膜单元建模的织物指定参考网格（初始度量）。例如，在气囊模拟中，这对于模拟由气囊折叠过程引起的皱纹和纱线方向的变化是有用的。平面网格可能适用于无应力参考构型，但初始状态可能需要相应的折叠网格来定义折叠状态。更新参考配置中纱线的角度方向，以获取初始构型中的新方向。

输入文件用法:

Use the following option to define the reference configuration giving the element number and its nodal coordinates in the reference configuration:*INITIAL CONDITIONS, TYPE=REF COORDINATEUse the following option to define the reference configuration giving the node number and its coordinates in the reference configuration:*INITIAL CONDITIONS, TYPE=NODE REF COORDINATE

纱线在初始压缩应变下的行为

定义一个与初始构型不同的参考构型通常会导致基于材料定义的初始构型中的非零应力和应变。默认情况下，纱线方向上的压缩初始应变产生零应力。当应变从初始的压缩值恢复到无应变状态时，应力保持为零。一旦恢复了初始的松弛状态，任何后续的压缩/拉伸应变都会根据材料定义产生应力。

输入文件用法:

Use the following option to specify that initial compressive strains are recovered stress free (default):*FABRIC, STRESS FREE INITIAL SLACK=YES
Use the following option to specify that initial compressive strains generate nonzero initial stresses:*FABRIC, STRESS FREE INITIAL SLACK=NO

定义参考构型中的纱线方向

一般情况下，在参考构型中，纱线方向不一定是相互正交的。可以在一个材料点上，相对于正交取向系统的平面轴来指定这些局部方向。局部方向和正交系统一起被定义为一个单一的方向定义。

如果没有指定局部方向，则假定这些方向与定义的正交系统的平面轴相匹配。局部方向可能不会随形变保持正交。Abaqus 会随着形变更新局部方向，并计算沿这些方向的名义应变和它们之间的角度（织物剪切应变）。织物的本构行为用织物应变来定义局部系统中的名义应力。

局部纱线方向可以如下面“输出”（Output）部分所描述的那样输出到输出数据库。

画框剪切织物试验

织物的剪切响应通常使用画框剪切试验进行研究。在力 ( F ) 下进行的画框剪切试验的参考和变形构型如图 11 所示，其中 $L_0$ 是画框的大小， $\psi^0_{{12}}$ 是纱线方向之间的初始角度。即使当框架拉长和纱线方向之间的角度 $\psi_{12}$ 随着变形而减小时，试样的四个边也被约束而保持长度不变。

ABAQUS笔记-织物材料的图11

图11 织物的画框剪切试验

名义剪切应力 $T_{12}$ 与施加的力 $F$ 之间的关系为：

$T_{12} = \left( \frac{FL_0 }{v_0} \right) \sin \left( \frac{\psi_{12}}{2} \right)$

其中 $v_0$ 是试样的初始体积。

织物的工程剪切应变 $\gamma_{12}$ 与纱线方向之间角度的变化有关，表达式为：

$\gamma_{12} = \psi^0_{{12}} - \psi_{12}$ 材料选项

织物材料模型可以单独使用，或者与各向同性热膨胀相结合，以引入热体积变化。热膨胀也可以作为用户定义织物材料中VFABRIC子程序实施的本构模型的一个组成部分。

对于基于测试数据的织物材料，可以指定质量比例阻尼和刚度比例阻尼。如果指定了刚度比例阻尼，Abaqus 将基于材料当前的弹性刚度计算阻尼应力，并将结果阻尼应力包含在积分点记录的应力输出中。

对于通过用户子程序 VFABRIC 定义的织物材料，可以指定质量比例阻尼，但刚度比例阻尼必须在用户子程序中定义。

单元

织物材料模型可以与平面应力元素（平面应力实体元素、有限应变壳体和薄膜）一起使用。建议将织物材料模型与完全积分或三角形薄膜单元一起使用。当织物材料模型与壳单元一起使用时，Abaqus 默认不计算横向剪切刚度。必须指定材料横向剪切模量，在此基础上Abaqus可以计算横向剪切刚度，或者直接定义截面的横向剪切刚度。

程序

织物材料必须始终使用几何非线性分析(通用和摄动程序)。

输出

除了Abaqus中可用的标准输出标识符外，以下变量对织物材料模型具有特殊意义:

EFABRIC

名义织物应变，其组分与LE相似，但直接分量测量沿着纱线方向的名义应变，工程剪切分量测量两个纱线方向之间角度的变化。

SFABRIC

名义织物应力，其组分与常规的Cauchy应力S相似，但直接分量测量沿纱线方向的名义应力，剪切分量测量对两个纱线方向之间角度变化的响应。

默认情况下，当请求将单元场输出到织物模型的输出数据库时，Abaqus会输出局部材料方向。局部方向作为场变量（LOCALDIR1和LOCALDIR2）输出，代表与材料点处正交系统相关的纱线方向余弦，这些变量可以在Abaqus/CAE（Abaqus/Viewer）的可视化模块中以矢量图形可视化。

如果没有请求单元场输出，或者如果您指定不将单元材料方向写入输出数据库，则会抑制局部材料方向的输出。

侧帘式安全气囊冲击器测试（官方示例）

其中气囊为与速率无关的弹性织物材料。

织物材料属性通过关键字定义如下：

*Material, Name=Fabric*Density  7.830000e-10,*Damping, Beta=1.e-6*Fabric, stress free initial slack=yes*Uniaxial, Component=1*Loading data, regularize=off -2.220000e+01,  -1.000000e+00 -1.776000e+01,  -9.000000e-01 -2.220000e-03,  -5.000000e-01  0.000000e+00,   0.000000e+00   1.776000e+01,   1.000000e-01*Uniaxial, Component=2*Loading data, regularize=off -2.810000e+01,  -1.000000e+00  -2.248000e+01,  -9.000000e-01 -2.810000e-03,  -5.000000e-01  0.000000e+00,   0.000000e+00  2.248000e+01,   1.000000e-01*Uniaxial, Component=shear*Loading data, regularize=off   0.000000,    0.0000000   4.942772,    0.5235988  54.370496,    1.5707963