超彈性材料如橡膠等在醫療器材、工業、建筑和國防中隔震、絕緣等方面具有廣泛應用。

橡膠材料的應力-應變行為是彈性的，它們能承受100%的大變形而不產生塑性變形和斷裂，但是具有高度的非線性，在大變形時應力陡然上升。這種材料行為稱為超彈性（hyperelasticity）。

橡膠本構關系非常復雜。在大量的實驗數據的基礎上，人們建立起來很多理論模型來描述橡膠的力學特征。Abaqus有限元軟件在分析橡膠等超彈性材料具有顯著優勢，為用戶提供了多種橡膠材料的本構模型，用戶可以根據實驗數據和材料的力學行為特征做出選擇。通過擬合實驗數據，確定所選本構方程中的系數，這些過程在程序中可自動完成。

由于超彈性體的特殊性質，基于楊氏模量和泊松比所建立的本構模型不再滿足對大變形行為的描述，我們用應變勢能（strain energy/potential）來表達超彈性材料的應力-應變關系。

Nominal Stress	Nominal Strai
0	0
0.2021	0.1117
0.3936	0.2011
0.6064	0.3128
0.7979	0.4916
1.0213	0.72626
1.4787	1.35195
1.7766	1.9777
2.5638	3.9777

以上是一組超彈性材料單軸拉伸實驗數據，接下來就為大家演示怎樣在Abaqus中定義超彈性材料。

1. 在Abaqus中新建材料

2. 選擇未知應變勢能模型，輸入單軸拉伸實驗數據

3. 輸入上表中的名義應力（nominal stress）和名義應變（nominal stress）實驗數據。

4.對實驗數據進行擬合。

5. 得到擬合的曲線，可知R-PCLY-N3曲線與實驗數據最為吻合，可選擇此模型。

6. 選擇Reduced-Polynomial-N3模型，這樣超彈性材料就定義好了。

ABAQUS主要功能

  ABAQUS是功能強大的有限元軟件，由于ABAQUS強大的分析能力和模擬復雜系統的可靠性，它在各國的工業和研究中得到廣泛的應用，在大量的高科技產品開發中發揮著巨大的作用。復雜的固體力學結構力學系統，特別是能夠駕馭非常龐大復雜的問題和模擬高度非線性問題 。模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質材料。其它工程問題：熱傳導、質量擴散、熱電耦合分析、聲學分析、巖土力學分析（流體滲透/應力耦合分析）及壓電介質分析。

  ABAQUS主要分析功能

  1、靜態應力/位移分析：包括線性、幾何或材料非線性、結構斷裂分析等 。

  2、動態分析：包括頻率提取、瞬態響應分析、穩態響應分析、隨機響應分析等。  

  3、非線性動態應力/位移分析：包括各種隨時間變化的大位移分析、接觸分析等。

  4、粘彈性/粘塑性響應分析：包括粘彈性/粘塑性材料結構的響應分析。

  5、熱傳導分析：包括傳熱、輻射和對流的瞬態或穩態分析。

  6、退火成型過程分析：對材料退火熱處理過程的模擬。

  7、質量擴散分析：靜水壓力造成的質量擴散和滲流分析等

  8、準靜態分析：包括應用顯示積分方法求解靜態和沖壓等準靜態問題。

 9、耦合分析：包括熱/力耦合、熱/點耦合、壓/電耦合、流/力耦合、聲/力耦合等。

  10、海洋工程結構分析：包括模擬海洋工程的特殊載荷，例如流載荷、浮力、慣性力；分析海洋工程的特殊結構，例如錨鏈、管道、電纜；模擬海洋工程的特殊連接，例如土壤/管柱連接、錨鏈/海床摩擦、管道/管道相對滑動。（ABAQUS/Aqua）

  11、瞬態溫度/位移耦合分析：力學和熱響應耦合問題

  12、疲勞分析：包括根據結構和材料的受載情況統計，進行疲勞壽命估計。

  13、水下沖擊分析：包括對沖擊載荷作用下的水下結構進行分析。

  14、設計靈敏度分析:包括對結構參數進行靈敏度分析，并據此進行結構優化設計。

ABAQUS主要組成

ABAQUS分析基本流程

  1、前處理：建模，劃分網格，設置邊界條件；

  2、解算器：求解控制方程，輸出結果；

  3、后處理：分析結果；

  ABAQUS求解器

  ABAQUS/Standard|ABAQUS/Explicit 為用戶提供兩種互補的分析工具。ABAQUS/Standard是一個通用分析模塊，它能求解廣泛領域的線性和非線性問題，包括靜力、動力、構件的熱和電響應。適合于模擬與振型的振動頻率相比研究響應周期較長的問題；用于具有適度非線性問題，其中非線性是平滑的。ABAQUS/Explicit 采用顯示動力學有限元格式，適用于模擬短暫、瞬時的動態事件，如：   

 模擬高速動力學問題，需要較少的時間增量；

       適合求解沖擊，穿透等高度非線性動力響應問題；

       對于包含不連續的非線性問題，一般效率高。

  求解器的特點

  可以分析復雜的固體力學結構力學系統，特別是能夠駕馭非常龐大復雜的問題和模擬高度非線性問題。Standard隱式算法（穩定，費用高）：當每一個求解增量步結束的時候，隱式的有限元要解一組方程組，占用資源多；增量步較大，有收斂問題。Explicit顯示方法（條件穩定，費用低）：并不需要求解方程組，通過動態方法推進增量計算；計算速度快，增量步小。

  ABAQUS功能模塊

  1、幾何建模Part；

  2、劃分網格Mesh；

  3、特性設置Property；

  4、建立裝配體Assembly；

  5、定義分析步Step；

  6、相互作用Iteraction；

  7、載荷邊界Load；

  8、提交運算Job；

  9、后處理Visualization

HyperMesh介紹

        Altair HyperMesh是一個高性能的有限元前處理器，為用戶提供了高度交互式的可視化環境實現對產品設計性能分析。Altair HyperMesh擁有最廣泛的商用CAD和CAE軟件接口，為企業提供了業界公認的統一的分析平臺。注重于提升企業工程師的生產率，HyperMesh是用戶首選的工程分析環境，它包含眾多功能：

       1、實體幾何建模

       2、殼單元網格剖分

       3、模型Morphing網格變形技術

       4、詳細分析模型的建立

       5、曲面幾何建模

       6、實體網格剖分

       7、自動抽取中面

       8、批處理網格劃分

Hypermesh優點

       強大的有限元分析建模的企業級解決方案

       通過其廣泛的CAD/CAE接口能力以及其可編程、開放式構架的用戶定制接口能力，HyperMesh可以在任何工作領域與其他工程軟件進行無縫連接工作。HyperMesh為用戶提供了一個強大的、通用的企業級有限元分析建模平臺，幫助用戶降低在建模工具上的投資及培訓費用。

       無以倫比的網格劃分技術——質量與效率導向

       依靠全面的梁桿、板殼單元、四面體或六面體單元的自動網格劃分或半自動網格劃分能力，HyperMesh大大降低了復雜有限元模型前處理的工作量。

通過批處理網格劃分（Batch Mesher）及自動化組裝功能提高用戶效率

       批處理網格生成技術：無需用戶進行常規的手工幾何清理及網格劃分工作，從而加速了模型的處理工作。高度自動化的模型管理能力，包括模型快速組裝，以及針對螺栓，點焊，粘合劑和縫焊的連接管理。

       交互式的網格變形、自定義設計變量定義功能

       HyperMesh提供的網格變形工具幫助用戶無需重新修改原有網格即可自動生成新的有限元模型。         

       提供了由CAE向CAD的逆向接口

       HyperMesh為用戶提供了由有限元模型生成幾何模型的功能。

       Hypermesh功能介紹

       Altair HyperMesh 為用戶提供了一整套簡便易用且功能強大的工具，幫助用戶創建及編輯CAE模型。在二維及三維CAE模型的創建過程中，用戶既可以使用多種網格生成功能，亦可籍于Altair HyperMesh強大的自動網格生成工具自動生成高質量的分析模型。

       高質量網格生成能力

       1、面網格劃分

       2、六面體網格劃分

       3、四面體網格劃分                   

       4、CFD 網格劃分

       5、SPH 粒子生成

網格變形功能

       HyperMorph為用戶提供了功能強大的基于交互式和參數化的改變有限元模型外形的解決方案。其獨一無二的網格變形算法使用戶得以在不犧牲網格質量的前提下快速改變有限元網格的形狀。在處理網格變形的過程中， HyperMorph亦允許以用戶自定義參數的形式對有限元模型進行變形，這為在此后進行的優化研究提供了便利。

       Batch Meshing 

       Batch Mesher 是目前最快捷的針對大型裝配體進行高質量網格劃分的自動化網格生成工具。得益于BatcherMesher強大的自動化網格劃分技術，使用戶可以減少人工的工作，將更多的精力投入到工程仿真等具有更高附加值的分析活動中去。BatchMesher可以按用戶指定的標準進行網格生成及幾何清理等工作，并按用戶定制的格式輸出有限元模型。

                

       CAD接口

       Altair HyperMesh 為用戶提供了直接讀取業界主流的CAD模型文件以生成有限元分析模型的能力。在此基礎上，Altair HyperMesh強有力的幾何清理工具幫助用戶自如修復模型導入過程中產生的各種幾何錯誤，以保證在網格生成階段得到高質量的分析模型。通過諸如消除錯位，小孔，以及壓縮模型表面公共邊等各種幾何清理手段，用戶可以在更大的范圍、更為合理的區域上進行網格剖分，同時提高整體網格生成的速度及質量。另外,用戶還可將加載于幾何模型之上的載荷及邊界條件映射于有限元模型之上，這為由幾何模型生成分析模型進一步提供了便利：

       1、CATIA V4/V5

       2、IGES

       3、PRO-ENGINEER

       4、PARASOLID

       5、UNIGRAPHICS

       6、STEP

       7、ACIS

       8、JT Precise

CAE 求解器接口

       Altair HyperMesh 支持絕大多數主流求解器格式文件的輸入和輸出。對于完全支持的求解器，HyperMesh提供了一個完整的環境（User Profile）,用戶可以調用該求解器對應的模板完成模型前處理工作。除此之外，Altair HyperMesh亦提供了具有高度靈活性的接口，通過接口開發語言來支持其他求解器類型。

       用戶個性化更加適應您的工作環境

       1、自定義HyperMesh用戶界面: 簡明易用的用戶界面幫助用戶自定義拖放菜單位置，自主配置下拉菜單功能以及快捷鍵設置。

       2、自定義工具欄: 用戶可以在Altair HyperMesh面板中添加自定義功能。

       3、自定義求解器輸入文件編譯器: 用戶可在Altair HyperMesh原有支持的求解器類型的基礎上通過二次開發，拓展HyperMesh的輸入接口功能，使HyperMesh支持更多的求解器類型及輸入文件格式。

       4、求解器輸出模板: 求解器輸出模板允許HyperMesh 的數據庫輸出由用戶自定義的求解器輸入文件格式。

文章來源：醫學生物力學分析