ABAQUS变量解读：教你读懂应力/应变/损伤 原创

有限元后处理直接与数据图片处理、论文撰写相关，除了典型的应力张量与应变张量外，ABAQUS还提供了大量可供使用者读取的其他应力/应变/损伤参数，这都有助于结果的分析。今天喵星人就教你读懂其中的应力、应变及损伤的后处理细节。

一、应力相关

根据用户手册及后处理分类，ABAQUS提供了三类典型的后处理变量：

1.不变量

不变量的定义是指张量在坐标旋转下保持不变的量。这些量反映了材料内在的力学状态，与观察方向无关，因此常用于判断材料的屈服、破坏或变形行为。

喵星人认为以下几种应力相关不变量相对比较重要：

Mises：基于第四强度理论，用户手册定义如下：

Tresca：基于第三强度理论，用户手册定义如下：

Tresca equivalent stress, defined as the maximum difference between principal stresses.

Pressure：静水压力，注意正值为压，负值为拉，用户手册定义如下： 

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Third Invariant：第三应力不变量，用户手册定义如下：

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这里，喵星人给出更加简洁的定义：

TRIAX：应力三轴度，可用于评估断裂行为，尤其适用于延性损伤模型，用户手册定义如下：

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2.主应力

主应力是指该点应力状态中仅存在正应力、无剪应力的特殊方向上的应力值。其中第一、第二、第三主应力分别是此状态下最大、中间、最小的应力值。

ABAQUS提供了以下几种主应力：

Max/Mid/Min Principal：第一、二、三主应力，分别对应最大、中间、最小主应力。在判断以脆性材料为主的第一强度理论时有奇效。例如在砌体结构主压破坏识别中，如下图所示：

 

Max/Min In-Plane Principal：平面问题最大/最小主应力。

Max Principal(abs)：绝对值最大主应力。

既然讲到强度理论，喵星人就带大家回忆一下材料力学四大强度理论：

3.应力张量

如果你关心具体方向上的应力分量，可以选择S11、S22、S12等张量分量。具体方向与单元类型相关，细节可参考我之前的文章《喵星人教你看懂不同类型单元的应力方向》。

二、应变相关

根据用户手册及后处理分类，ABAQUS提供了三类典型的后处理变量：

1.不变量

喵星人认为以下几种应变相关不变量相对比较重要：

PEEQ：等效塑性应变，描述材料塑性变形的绝对值累积，用户手册定义如下：

 

典型的等效塑性应变区域如下图：

 

PEMAG：塑性应变幅值，用户手册定义如下：

 

可见，相比PEEQ，PEMAG不考虑累积效应，两种仅在单调加载下相同。

AC YIELD：标识“正在屈服”的区域，输出0或1。适合用单色云图显示塑性区，如下图所示。

 

2. 主应变

与主应力类似，ABAQUS也提供主应变输出：

Max/Mid/Min Principal Strain：第一、二、三主应变，分别对应最大、中间、最小主应变，在判断第二强度理论时有奇效。

In-Plane Principal Strain：平面问题最大/最小主应变。

Max Principal(abs)：绝对值最大主应变。

3.应变张量

与应力张量方向类似，其中需要同学们注意的是：

E适用于几何线性分析

LE为对数应变，适用于大变形分析（开启几何非线性）

PE为塑性应变张量，用于描述不可恢复的变形

三、损伤相关

损伤在ABAQUS中应用广泛，尤其是材料失效分析中。

1. 混凝土损伤

这是大家喜闻乐见的损伤变量，有两类：

DAMAGEC（dc）：压缩损伤变量，从0到1，1表示完全损伤。主要用来判断压溃区域与剪压开裂区域。

DAMAGET（dt）：拉伸损伤变量，同样从0到1。主要用来判断受拉开裂区域，如下图。

 

2. 钢材损伤

SDEG：刚度退化标量，也可用于混凝土。表示材料刚度的折减程度。

3. 内聚力模型损伤

CSDMG：描述cohesive单元进入软化段后的损伤状态。

4. 复合材料损伤

ABAQUS支持多种复合材料损伤变量：

DAMAGEFT/FC：用户手册中描述为：

Fiber tensile/ compressive damage variable.

这里毫无疑问表征了纤维纵向的拉伸/压缩损伤，如下图。

DAMAGEMT/MC：用户手册中描述为：

Matrix tensile/ compressive damage variable.

直接翻译为基体拉伸/压缩损伤，喵星人通过实践认为这是纤维横向受力的损伤，如果有不同的观点，也可在评论区讨论。

结语

ABAQUS中的变量虽多，但归根结底都是为描述材料行为和判断结构状态服务的。理解每个变量的物理意义，结合实际分析目标选择合适的输出，才能让仿真结果真正“说话”。

如果你对某个变量还有疑问，或者想了解更深入的应用场景，欢迎在评论区留言！